BR112019019457A2 - método para alimentar energia elétrica a uma rede de alimentação de energia elétrica trifásica, instalação de energia eólica, e, parque eólico. - Google Patents

Abstract

a invenção se refere a um método para alimentar energia elétrica a uma rede de alimentação de energia elétrica trifásica em um ponto de conexão de rede, em particular por meio de uma instalação de energia eólica, usando um inversor, o dito método compreendendo as seguintes etapas de: detectar uma tensão de rede elétrica, em particular no ponto de conexão de rede, determinar uma tensão de gerador virtual usando um modelo de máquina que emula um comportamento de uma máquina síncrona, preparar a tensão de rede detectada para comparação com a tensão de gerador virtual, predefinir uma corrente de ponto de ajuste como predefinição para uma corrente de alimentação como uma função da tensão de gerador virtual e como uma função da tensão de rede preparada para comparação, e gerar a corrente de alimentação dependendo da corrente de ponto de ajuste e alimentar a corrente de alimentação gerada no ponto de conexão de rede à rede de alimentação de energia elétrica, em que preparar a tensão de rede detectada para comparação com a tensão de gerador virtual compreende transformar a tensão de rede detectada em uma representação de vetor espacial.

Description

MÉTODO PARA ALIMENTAR ENERGIA ELÉTRICA A UMA REDE DE ALIMENTAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA TRIFÁSICA, INSTALAÇÃO DE ENERGIA EÓLICA, E, PARQUE EÓLICO [001] A presente invenção se refere a um método para alimentar energia elétrica a uma rede de alimentação de energia elétrica. A presente invenção adicionalmente se refere a um aparelho, em particular uma instalação de energia eólica para alimentação de energia elétrica a uma rede de alimentação de energia elétrica.

[002] É conhecido o uso de instalações de energia eólica para alimentação a uma rede de alimentação de energia elétrica trifásica. É também conhecido que nesse caso a instalação de energia eólica pode também realizar tarefas de suporte de rede além de puramente alimentar potência. Em particular, a fim de suportar a rede de alimentação de energia elétrica como uma função de estados de rede tais como a tensão de rede ou a frequência de rede, a alimentação pode ser adaptada para fins de suporte.

[003] Nesse caso, ao avaliar ou levar em consideração tais estados de rede, é frequentemente assumido que grandes usinas de energia tendo geradores síncronos diretamente acoplados determinam o comportamento da rede. As instalações de energia eólica, ou outros usos de aparelhos de alimentação descentralizados, tomam um comportamento correspondente como base e reagem de acordo. Em particular, deve ser levado em consideração que sistemas que usam conversores para executar alimentação, em particular instalações de energia eólica que usam um conversor completo ou conceito de conversor completo para executar alimentação, podem reagir a mudanças nos estados de rede com uma faixa dinâmica muito alta. Sua faixa dinâmica é predefinível de forma substancialmente livre. Em particular, eles dificilmente têm qualquer faixa dinâmica fisicamente ditada, tal como por exemplo, um certo comportamento de inércia, diferente do caso de geradores síncronos diretamente acoplados.

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 12/70

2/44 [004] Com crescente dominância de aparelhos de alimentação descentralizada controlados inteira ou parcialmente por conversores, tal faixa dinâmica física, como a faixa dinâmica de geradores síncronos diretamente acoplados, está assim perdendo influência e dominância na rede de alimentação de energia elétrica. Em particular, uma inércia de estabilização ou pelo menos uniformização de rede de geradores síncronos diretamente acoplados pode deste modo ser reprimida e teria que ser levada em consideração de alguma outra forma. Uma variante é emular um gerador síncrono ou o comportamento de um gerador síncrono por meio de aparelhos de alimentação controlados por conversor. Para esse propósito, um modelo físico de um gerador síncrono pode ser armazenado no controlador de um conversor para alimentação da energia elétrica e o conversor pode ser controlado de forma que ele se comporta substancialmente como um gerador síncrono.

[005] No entanto, isso pode primeiramente ter a desvantagem de que tais modelos de gerador síncrono são complexos e, portanto, podem algumas vezes ser difíceis de manusear durante programação e parametrização. Além do mais, uma emulação excessivamente complicada pode fazer com que controle excessivamente lento ou controle de hardware oneroso possa ser necessário a fim de ser capaz de garantir controle suficientemente rápido. Atrasos de sinal indesejados podem também ocorrer como resultado de filtragens.

[006] Um fator adicional é que uma emulação de um gerador síncrono pode também ter a consequência de que não apenas os efeitos desejados tais como a estabilização acima mencionada ou uniformização do alto momento de inércia são alcançados, em vez disso outros comportamentos do gerador síncrono também ocorrem, que são possivelmente indesejados. Além de um risco potencial de perda de sincronismo de um gerador síncrono, pode também ser mencionado que correntes não ideais, em particular não

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 13/70

3/44 idealmente sinusoidais podem também ser estabelecidas nesse caso. Ditas correntes podem também ser o resultado de uma inadequação de um modelo de gerador síncrono usado.

[007] A crescente presença ganhada por aparelhos de alimentação controlados por conversor em algumas redes elétricas pode também ter a consequência de que tais aparelhos de alimentação terão no futuro que performar tarefas na área de um arranque autônomo ou pelo menos recuperação de rede.

[008] A presente invenção é baseada assim no objetivo de abordar pelo menos um dos problemas acima mencionados. Em particular, a intenção é propor uma solução que opera de tal forma que a alimentação de energia elétrica por meio de um gerador controlado por conversor é adaptada bem como possível para uma rede de alimentação de energia elétrica tendo uma pequena proporção de grandes usinas de energia convencionais tendo um gerador síncrono diretamente acoplado. Em particular, pretende-se que uma alimentação com a maior qualidade possível e/ou a melhor estabilidade de controle possível seja proposta para tal rede ou então uma rede de ilha. No mínimo, pretende-se que uma solução alternativa para as soluções previamente conhecidas seja proposta.

[009] Um método como reivindicado na reivindicação 1 é proposto de acordo com a invenção. Esse método se refere à alimentação de energia elétrica a uma rede de alimentação de energia elétrica trifásica em um ponto de conexão de rede por meio de uma instalação de energia eólica e usando um inversor ou conversor no processo. A princípio, é leva-se em consideração também o uso de algum outro gerador descentralizado, desde que um inversor ou um conversor seja usado no processo. Quaisquer descrições e explicações concernentes a um inversor são também analogamente aplicáveis aqui a conversores, e vice-versa.

[0010] Para esse fim, é primeiramente proposto detectar uma tensão

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 14/70

4/44 de rede elétrica no ponto de conexão de rede. Detectar a tensão de rede elétrica no ponto de conexão de rede é vantajoso particularmente porque pretende-se que a alimentação também seja efetuada nele e a tensão de rede elétrica deve portanto ser levada em consideração. A princípio, no entanto, leva-se em consideração também a execução da medição em outro local na rede de alimentação de energia elétrica ou outro local a montante do ponto de conexão de rede, ou seja, entre a instalação de energia eólica de entrada e o ponto de conexão de rede, se uma tensão representativa de maneira correspondente pode ser detectada nele.

[0011] Uma tensão de gerador virtual é então determinada usando um modelo de máquina. O modelo de máquina emula um comportamento de uma máquina síncrona. A tensão de gerador virtual determinada dessa forma é assim uma tensão que corresponde à tensão de um gerador cujo comportamento é emulado pelo modelo de máquina.

[0012] Além disso, a tensão de rede detectada é preparada para comparação com a tensão de gerador virtual. Isso significa, em particular, que a tensão de gerador virtual determinada, que inicialmente é substancialmente uma variável computacional, pode ser comparada com a tensão de rede detectada que foi efetivamente medida.

[0013] Além do mais, uma corrente de ponto de ajuste é predefinida como predefinição para uma corrente de alimentação como uma função da tensão de gerador virtual e como uma função da tensão de rede preparada para comparação. Isso pode significar, em particular, que um desvio entre essas duas tensões leva a uma corrente de ponto de ajuste correspondente, por exemplo, de forma que um maior desvio de tensão leva a uma maior corrente de ponto de ajuste.

[0014] De acordo com a corrente de ponto de ajuste predefinida dessa forma, uma corrente de alimentação é então gerada e alimentada no ponto de conexão de rede à rede de alimentação de energia elétrica. Uma comparação

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 15/70

5/44 entre tensão de gerador virtual e tensão medida no ponto de conexão de rede assim leva a uma corrente de ponto de ajuste dependente do mesmo e assim também a uma corrente de alimentação estabelecida de maneira correspondente.

[0015] E então proposto que preparar a tensão de rede detectada para comparação com a tensão de gerador virtual compreende transformar a tensão de rede detectada em uma representação de vetor espacial. A tensão de rede detectada, mais especificamente da rede de alimentação de energia elétrica trifásica, e assim em particular também a tensão de rede trifásica detectada dessa forma, é assim transformada em uma representação de vetor espacial. Foi reconhecido que preparar a tensão de rede medida em uma representação de vetor espacial promove em particular a consideração do sinal fundamental sinusoidal. A tensão de gerador virtual é de maneira semelhante o resultado de um cálculo e deve portanto de maneira semelhante ser assumido como sendo sinusoidal com baixa distorção e pouco ruído.

[0016] Preferivelmente, transformar a tensão de rede detectada em uma representação de vetor espacial é uma transformação d/q, que pode também ser referida como transformação qd ou como transformação de Park. Tal transformação d/q pressupõe um sistema trifásico e transforma esse em um sistema de coordenada de rotação biaxial tendo os eixos d e q ou os valores d e q. Idealmente os valores d e q são constantes porque eles giram concomitantemente com o sistema de coordenada. A transformação pressupõe a princípio um sistema tendo variáveis sinusoidais, mesmo se, como resultado de mudanças ao longo do tempo, variáveis desviando de variáveis sinusoidais podem também ser levadas em consideração. Contudo, tais variáveis sinusoidais são tomadas como base e, como resultado, a transformação d/q ou o cálculo na representação de vetor espacial pode também ter uma função de filtro não linear que pode em uma certa linha reta filtrar perturbações desviando de um sinal sinusoidal ou outros desvios ou pode mantê-los fora da

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 16/70

6/44 corrente de ponto de ajuste finalmente para ser gerados.

[0017] Particularmente para a comparação entre tensão de rede detectada e tensão de gerador virtual, é vantajoso usar tal tensão sinusoidal.

[0018] De acordo com uma modalidade, é proposto que a tensão de rede na representação de vetor espacial no qual ela foi transformada é filtrada e é subsequentemente submetida a transformação inversa, de forma que a corrente de ponto de ajuste é predefinida como uma função da tensão de gerador virtual e como uma função da tensão de rede transformada de forma inversa. A filtragem da tensão de rede detectada é assim efetuada na representação de vetor espacial. Isso evita distorção ou atraso do sinal fundamental sinusoidal. Em particular, resulta um sinal sinusoidal filtrado após transformação inversa, sinal para o qual uma sinusoidal é também assumida por conta da especificação de transformação subjacente ou especificação de transformação inversa.

[0019] Foi reconhecido que na representação de vetor espacial é possível realizar uma filtragem simples, em particular uma filtragem com um elemento PT1, filtragem esta que leva a um efeito de filtro vantajoso no sinal sinusoidal transformado de forma inversa. Em particular, um filtro significante mais complexo teria sido necessário para uma filtragem no domínio de tempo com o mesmo resultado de filtro. No entanto, tal filtro mais complexo seria complicado de parametrizar e não muito robusto. Se, no caso de tal filtro complexo, a perturbação a ser filtrada muda em seu tipo, então é possível para a qualidade do filtro diminuir ou mesmo para a efetividade do mesmo ser questionada. Em contraste, a filtragem proposta na representação de vetor espacial é robusta e deliberadamente adaptada substancialmente para o sinal fundamental que é filtrado sendo sinusoidal. Em particular, é importante que os valores d e q na representação de vetor espacial sejam idealmente constantes. De maneira simplificada, o filtro pode assim filtrar substancialmente a um valor constante. Um filtro linear simples pode ser

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 17/70

7/44 usado apesar de uma variável de entrada não linear ou uma variável de entrada tendo um perfil não linear.

[0020] Consequentemente, uma forma de onda sinusoidal da tensão de rede detectada que é tão livre de perturbação quanto possível e tão livre de atraso quanto possível é alcançada e dita tensão pode então prontamente ser comparada com a tensão de gerador virtual, que é de maneira semelhante sinusoidal. A predefinição da corrente de ponto de ajuste pode assim ser executada com alta qualidade como uma função dessa tensão de rede transformada de forma inversa e a tensão de gerador virtual.

[0021] Preferivelmente, o modelo de máquina toma como base uma máquina síncrona virtual tendo um estator e um rotor, que são assim de maneira semelhante virtuais, mesmo sem aquele ser mencionado. Para determinar a tensão de gerador o modelo de máquina usa uma, uma pluralidade ou todas das variáveis na seguinte lista:

um ângulo de rotação virtual 3 do rotor, uma velocidade rotacional virtual ω do rotor, uma tensão de excitação virtual, uma corrente de estator virtual, um momento de inércia virtual J do rotor, um torque virtual T_e do rotor, e um atrito virtual Dp do rotor.

[0022] Por questão de simplicidade, essas e outras variáveis virtuais podem também ser referidas daqui em diante sem a adição “virtual” visto que, na medida em que eles se relacionam com o gerador virtual, eles próprios também são virtuais. Por meio do ângulo de rotação virtual (3) do rotor, ou seja, do rotor virtual, a posição do mesmo é concomitantemente registrada, o que influencia o ângulo de fase da tensão de gerador.

[0023] Levando em consideração a velocidade rotacional virtual (ω) do rotor, a frequência da tensão de gerador pode ser levada em consideração e

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 18/70

8/44 influenciada.

[0024] Por meio da tensão de excitação virtual, em particular a amplitude da tensão de gerador pode ser influenciada e levada em consideração.

[0025] Por meio da corrente de estator virtual, em particular um comportamento da máquina síncrona virtual com relação a uma impedância conectada pode também ser levada em consideração.

[0026] Por meio de um momento de inércia virtual (J) do rotor, em particular a faixa dinâmica da máquina síncrona virtual é também capaz de ser influenciada.

[0027] Por meio de um torque virtual (T_e) do rotor, o comportamento dinâmico da máquina síncrona virtual pode de maneira semelhante ser levado em consideração e influenciado.

[0028] Um atrito virtual do rotor pode ser realizado em particular como o ganho de controle de potência dependente da frequência. Esse controle de potência é preferivelmente parte do modelo de máquina e leva em consideração desvios entre a frequência rotacional do modelo de máquina e uma frequência de referência. A frequência de referência pode ser uma frequência de rede medida ou uma frequência predefinida. E deste modo possível levar em consideração um comportamento dependente da frequência da máquina síncrona virtual no modelo de máquina.

[0029] Preferivelmente, a corrente de alimentação gerada é usada como corrente de estator virtual. Em particular, a relação da máquina síncrona virtual para a alimentação efetiva é produzida como resultado. A corrente de alimentação que é gerada e então efetivamente alimentada é também dependente de condições da interconexão da saída do inversor ou saída do conversor, em particular em condições na rede de alimentação de energia elétrica, e essas influências podem assim ser levadas em consideração por meio da corrente de alimentação, que forma então a corrente de estator

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 19/70

9/44 virtual, na máquina síncrona virtual, ou seja, no modelo de máquina.

[0030] Adicional ou altemativamente, é proposto que o momento de inércia virtual é ajustável. Como resultado, em particular, a faixa dinâmica da máquina síncrona virtual pode ser influenciada. Dependendo da situação ou exigência específica, um momento de inércia virtual maior ou menor pode ser escolhido. Em particular para sincronização rápida da máquina síncrona virtual ou do modelo de máquina com a rede de alimentação de energia elétrica, se uma alimentação ainda não está sendo efetuada, mas em vez disso primeiro preparada, um pequeno momento de inércia virtual pode ser expediente. Particularmente ao alimentar a rede de alimentação de energia elétrica, um maior momento de inércia virtual pode ser expediente para o suporte e estabilização da rede de alimentação de energia elétrica. Particularmente no caso em que a rede de alimentação de energia elétrica é uma rede de ilha e deve ser estabilizada pelo inversor, ou pretende-se que o inversor nesse caso opere mesmo como um elemento de formação de rede, um momento de inércia particularmente alto é levado em consideração como uma configuração preferida. No entanto, mesmo em uma rede de alimentação de energia elétrica que não é uma rede de ilha, diferentes situações de rede podem ocorrer, às quais é possível reagir usando um momento de inércia virtual de maneira correspondente adaptada. Leva-se em consideração o fato que o operador de rede de tal rede de alimentação de energia elétrica faz estipulações a respeito da faixa dinâmica da alimentação, à qual é possível reagir usando um momento de inércia virtual estabelecido correspondente.

[0031] Preferivelmente, o momento de inércia virtual é estabelecido como uma função de um estado de rede ou uma propriedade de rede. Um estado de rede é por exemplo, uma sobrefrequência ou uma subfrequência, ou efetivamente o presente valor da frequência. A presente tensão de rede é também um estado de rede e isso também inclui uma sobretensão ou subtensão, para mencionar um exemplo adicional. Por meio de exemplo, uma

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 20/70

10/44 sensibilidade de rede pode ser levada em consideração como propriedade de rede, sensibilidade de rede esta que pode ser especificada como a razão de uma mudança de tensão em um ponto de conexão de rede considerado em relação a uma mudança na potência alimentada no ponto de conexão de rede considerado. A esse respeito, a sensibilidade de rede é também uma propriedade da rede de alimentação de energia elétrica que está relacionada ao ponto de conexão de rede. Ela pode especificar quão sensivelmente a rede reage a mudanças. Particularmente no caso de uma alta sensibilidade de rede, pode ser vantajoso escolher um momento de inércia virtual de maneira correspondente alto para fins de estabilização.

[0032] De acordo com uma configuração, é proposto que uma impedância de rede virtual é levada em consideração para predefinir a corrente de ponto de ajuste, impedância de rede virtual esta que é levada em consideração como uma impedância entre uma saída do modelo de máquina ou da máquina síncrona virtual e o ponto de conexão de rede. Para esse fim, é proposto que a magnitude da impedância virtual seja variável. A máquina síncrona virtual é assim interconectada com uma impedância virtual, de forma que a dita impedância virtual em particular também influencia uma corrente como uma função da tensão de gerador.

[0033] Várias propriedades da rede de alimentação de energia elétrica podem ser levadas em consideração por meio da impedância virtual. O comportamento da máquina síncrona virtual pode deste modo ser alterado de uma maneira simples a fim de deste modo levar em consideração propriedades alteradas da rede de alimentação de energia elétrica. Uma consideração dedicada pode ser dispensável como resultado.

[0034] Preferivelmente, a impedância virtual é selecionada dependendo de se alimentação é efetuada em um estado normal da rede de alimentação de energia elétrica, ou alimentação é efetuada em um modo de recuperação após interrupção ou falha da rede de alimentação de energia

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 21/70

11/44 elétrica, em cujo modo de recuperação a rede de alimentação de energia elétrica deve ser operada até um ponto de operação normal. Para o modo de recuperação de rede, é feita provisão, em particular, para a impedância virtual a ser escolhida ser maior que no estado normal da rede de alimentação de energia elétrica, a fim de ser capaz de facilitar a operação a um ponto de operação normal. Em particular, no curso da operação no ponto de operação normal, uma tensão de gerador pode gradualmente ser aumentada e ao mesmo tempo a impedância virtual pode ser adaptada de forma que uma corrente baixa flui desde que não se pretenda ainda que no dito modo de recuperação de rede uma grande quantidade de potência seja alimentada.

[0035] Uma recuperação de rede ou um arranque autônomo pode assim ser realizado de uma maneira simples. Em particular a exigência de que, no caso de um arranque autônomo, é inicialmente de importância primária para gerar e manter uma tensão, enquanto apenas pouca potência é alimentada, pode ser alcançada como resultado. Ao mesmo tempo, um modo normal é de maneira semelhante capaz de ser realizado com o mesmo arranjo. Adaptando a impedância virtual, o aparelho de alimentação pode ser adaptado para alimentação no modo normal.

[0036] De acordo com uma modalidade, é proposto que no modelo de máquina uma diferença de velocidade rotacional entre uma velocidade rotacional virtual e uma velocidade rotacional de referência é formada, um valor filtrado da velocidade rotacional virtual ou uma frequência predefinida é usada como a velocidade rotacional de referência, a velocidade rotacional diferencial é calculada por meio de um ganho de velocidade rotacional diferencial em relação a um torque auxiliar, o torque auxiliar atua no momento de inércia virtual do modelo de máquina por meio de um ponto de soma a fim de deste modo controlar a velocidade rotacional virtual para a velocidade rotacional de

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 22/70

12/44 referência, em que preferivelmente a velocidade rotacional diferencial é estabelecida para zero para o propósito de sincronizar o modelo de máquina com a rede de alimentação de energia elétrica.

[0037] Levando em consideração e alimentando de volta a dita velocidade rotacional diferencial, é assim possível para executar uma correção da velocidade rotacional virtual para a velocidade rotacional de referência, em que não é absolutamente necessário alcançar uma precisão de estado uniforme com o desvio zero. Em particular, essa retroalimentação de velocidade rotacional diferencial por meio do ganho de velocidade rotacional diferencial pode ser referida como um controle denominado de queda. O último leva em consideração um comportamento de uma máquina síncrona que inicialmente se toma mais lento no caso de uma potência mais alta ser convocada. Como resultado de tal saída de potência mais alta, que em particular é também distinguida por correntes de saída mais altas, ou seja aqui, correntes de alimentação, o torque do gerador síncrono aumenta e o torque virtual do gerador síncrono aumenta de maneira correspondente. Nesse caso, o dito torque virtual do gerador síncrono toma efeito no mesmo ponto de soma no qual o torque auxiliar também toma efeito ou é adicionado.

[0038] Preferivelmente, o ganho de velocidade rotacional diferencial é um fator positivo e o torque auxiliar é subtraído no ponto de soma. Se a rotação da máquina síncrona virtual desacelera, ou seja, a velocidade rotacional virtual diminui, enquanto a velocidade rotacional de referência permanece constante ou muda mais lentamente, então a velocidade rotacional diferencial é negativa e o torque auxiliar é também negativo e subtraindo esse torque auxiliar negativo no ponto de soma leva como resultado a um aumento no torque total no ponto de soma pelo valor absoluto do torque auxiliar. Para esse caso exemplar, a máquina síncrona virtual é assim acelerada ou contrabalanceia um torque virtual de gerador aumentado.

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 23/70

13/44 [0039] Para o propósito de sincronizar o modelo de máquina com a rede de alimentação de energia elétrica, no entanto, é proposto desativar esse controle de queda. Isso pode ser feito pela velocidade rotacional diferencial sendo estabelecida diretamente para 0. No entanto, isso pode também ser feito indiretamente pela velocidade rotacional diferencial sendo formada como uma diferença entre duas velocidades rotacionais idênticas, como resultado da qual a velocidade rotacional diferencial é então também 0. Para esse fim, o filtro que filtra a velocidade rotacional virtual pode ser estabelecido para um.

[0040] Em particular, é dada consideração para a variante em que a velocidade rotacional de referência é a velocidade rotacional virtual filtrada. A velocidade rotacional virtual filtrada é então subtraída, portanto, da velocidade rotacional virtual. No caso de uma função de filtro que tem um ganho total de 1 mas tem uma faixa dinâmica, essa velocidade rotacional diferencial assim gradualmente se toma 0 no caso de uma velocidade rotacional de estado uniforme.

[0041] E proposto em todos os casos para a sincronização que a velocidade rotacional diferencial e assim o torque auxiliar é estabelecido para 0 e o controle de queda ser desativado, como resultado de que tal controle de velocidade rotacional é suprimido. Particularmente se nenhum ou nenhuma corrente apreciável flui na ocorrência da sincronização, ou seja que, em particular, a potência de ponto de ajuste é também 0, a máquina síncrona virtual está assim substancialmente em um estado de circuito aberto e nesse caso esse estado não é efetivamente perturbado por dito controle de queda. Consequentemente, em um tipo de situação de circuito aberto, a máquina síncrona virtual pode ser trazida para ou mantida em um estado em que ela opera de maneira síncrona com a rede de alimentação de energia elétrica no qual pretende-se que a alimentação seja finalmente efetuada. Se esse caso é alcançado, e se a tensão e frequência da rede de alimentação de energia elétrica também não muda, a máquina síncrona virtual está basicamente em

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 24/70

14/44 um estado de operação estável tipo circuito aberto.

[0042] Preferivelmente, é proposto que para o propósito de sincronizar o modelo de máquina com a rede de alimentação de energia elétrica, uma potência de ponto de ajuste tem o valor zero, um modelo de cálculo é usado para calcular tensões de gerador virtual interno e/ou o torque virtual T_e, em que o modelo de cálculo usa para calcular uma, uma pluralidade ou todas das variáveis na lista compreendendo o ângulo de rotação virtual θ do rotor, a velocidade rotacional virtual ω do rotor, a tensão de excitação virtual, e a corrente de alimentação ou a corrente de ponto de ajuste, em que em particular nenhuma frequência da rede de alimentação de energia elétrica é detectada.

[0043] Consequentemente, nesse caso, para o propósito de sincronizar o modelo de máquina com a rede de alimentação de energia elétrica, primeiramente a potência de ponto de ajuste é estabelecida para o valor 0. A potência de ponto de ajuste atua no momento de inércia virtual como torque de acionamento no modelo de máquina por meio de um fator de conversão correspondente. Em virtude do fato que essa potência é estabelecida para 0, o torque de acionamento da máquina virtual é assim de maneira semelhante estabelecido para 0. Portanto, a máquina síncrona virtual então não obtém nenhum acionamento. Tensões de gerador virtual interno e o torque virtual são então calculados usando um modelo de cálculo. A princípio, leva-se em consideração o cálculo apenas de uma das variáveis, mas é vantajoso calcular todas essas variáveis mencionadas. Nesse caso, o modelo de cálculo

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 25/70

15/44 preferivelmente usa as equações de máquina de uma máquina síncrona que são parametrizados de acordo com a máquina síncrona virtual assumida.

[0044] Para esse propósito, o modelo de cálculo obtém em particular o ângulo de rotação virtual do rotor, a velocidade rotacional virtual do rotor, a tensão de excitação virtual e a corrente de alimentação como variável de entrada. Esses são requeridos nas equações de máquina a fim de calcular as variáveis mencionadas. A princípio, no entanto, a simplificação de cálculos por meio de um modelo simplificado são teoricamente adequados também. A velocidade rotacional virtual pode também ser calculada a partir do ângulo de rotação virtual, e assim ambas as variáveis não precisariam ser inseridas no modelo de cálculo.

[0045] Como corrente de alimentação, é possível usar uma corrente efetivamente gerada que foi gerada de acordo com a corrente de ponto de ajuste predefinida. Além do mais, aqui e também para o resto da descrição, uma corrente de ponto de ajuste e também a corrente de alimentação e correntes correspondentemente resultantes devem ser entendidas como significando em cada caso uma corrente trifásica. A corrente de alimentação, ou a corrente de ponto de ajuste, a esse respeito forma em cada caso correntes individuais trifásicas, mais especificamente cada uma respectivamente de uma fase.

[0046] Em cada caso, uma baixa corrente de alimentação pode também ser gerada no curso da sincronização e pode fluir em cargas relativamente pequenas ainda presentes a montante do ponto de conexão de rede. Particularmente no caso de um parque eólico tendo uma pluralidade de instalações de energia eólica, pequenas cargas podem ser usadas na rede de parque correspondente. Isso pode ser por exemplo, indutâncias de linha ou o transformador da instalação de energia eólica. Um indutor é também apropriado. Além do mais, a impedância virtual pode ser estabelecida para os valores correspondentes ou comportamentos dessas pequenas cargas.

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 26/70

16/44 [0047] Altemativamente, se ainda não há sequer uma corrente fluindo, a corrente de ponto de ajuste predefinida pode entrar no modelo de cálculo como corrente efetiva.

[0048] De acordo com uma modalidade, é proposto que a tensão de excitação virtual seja determinada pelo menos como uma função de uma potência reativa predefinida e opcionalmente uma tensão de rede elétrica predefinida no ponto de conexão de rede.

[0049] Por meio de uma potência reativa predefinida, que é comparada em particular com uma potência reativa medida, de forma que em particular tal desvio de potência reativa é assim usado, a tensão de excitação virtual pode ser determinada. Em particular, essa diferença de potência reativa ou desvio de potência reativa é provido por meio de um ganho de potência reativa e integrado para formar a tensão de excitação virtual. O ganho de potência reativa é assim um fator de ganho do integrador para um controle de potência reativa.

[0050] Opcionalmente, uma tensão de rede elétrica predefinida no ponto de conexão de rede é determinada, tensão esta que concomitantemente influencia a tensão de excitação virtual. Para esse propósito, em particular, uma diferença entre essa tensão de rede detectada e uma tensão predefinida é formada. Essa diferença de tensão pode formar um valor de potência reativa por meio de um ganho de tensão e pode então de maneira semelhante influenciar a tensão de excitação virtual como a diferença descrita entre potência reativa predefinida e potência reativa medida. Especificamente, para esse propósito, a soma dessas potências reativas pode ser integrada conjuntamente para formar a tensão de excitação virtual, em que o integrador tem o ganho de potência reativa descrito como constante de integração.

[0051] E preferivelmente proposto que variáveis elétricas do modelo

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 27/70

17/44 de máquina sejam calculados em representação de vetor espacial, em particular de acordo com uma transformação d/q. Esta se relaciona, em particular, a uma corrente de estator trifásica e uma tensão de estator trifásica. A máquina síncrona virtual pode deste modo ser calculada de maneira eficiente. Em particular, é deste modo prontamente possível calcular e em particular também garantir um sistema trifásico simétrico.

[0052] De acordo com uma configuração, é proposto que a corrente de alimentação seja gerada por meio de um método de faixa de tolerância. Em particular, é assim controlado de acordo com o método de faixa de tolerância. Nesse caso, o método de faixa de tolerância opera a princípio de forma que uma faixa de tolerância é colocada em tomo da forma de onda de sinal desejada da corrente a ser gerada, ou seja, em particular em tomo da forma de onda de sinal sinusoidal da corrente a ser gerada. A corrente respectivamente gerada é medida e então controlada dependendo do valor de medição por meio de posições de comutação correspondentes, mais especificamente de forma que a corrente é reduzida se ela alcança um limite de faixa de tolerância superior, e de forma que a corrente é aumentada se ela alcança um limite de faixa de tolerância inferior. O uso de um método de faixa de tolerância para alimentação ou além do mais gerar uma corrente sinusoidal elétrica é conhecido a princípio. Aqui, no entanto, um método é proposto que pode alcançar conformação de tensão apesar do uso do método de faixa de tolerância. Isso é possível usando a impedância virtual, em particular, por meio da qual, apesar de uma corrente ser predefinida, finalmente uma tensão de saída pode não ser apenas alcançada mas também predefinida de maneira direcionada. Em particular, essa tensão pode ser aumentada de maneira direcionada e guiada no caso de recuperação de rede ou mesmo um arranque autônomo.

[0053] Em particular, operação de rede de ilha é também possível e é proposta, em particular, aquela em operação de ilha, se o inversor predefine a

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 28/70

18/44 frequência de rede, a velocidade rotacional virtual ω é dependente de uma frequência de rede predefinida, em particular de forma que um ou o torque auxiliar atuando no modelo de máquina é controlado como uma função de uma diferença entre a velocidade rotacional virtual e a frequência de rede predefinida, e/ou a tensão de excitação virtual é dependente de uma tensão predefinida da rede de alimentação de energia elétrica e uma tensão detectada da rede de alimentação de energia elétrica, em particular de forma que um valor de potência reativo auxiliar é controlado como uma função de uma diferença entre a tensão predefinida e a tensão detectada, a tensão de excitação virtual sendo dependente de dito valor de potência reativo auxiliar.

[0054] O método proposto, pelo menos de acordo com essa modalidade, é assim adequado em particular para operação de ilha ou operação de rede de ilha. Operação de rede de ilha é considerada aqui como sendo tal operação que envolve uma rede de alimentação de energia elétrica fechada em que a instalação de energia eólica, ou algum outro aparelho de alimentação controlado por inversor ou conversor, tem a dominância de forma que ele substancialmente governa a rede, em particular com relação a frequência e tensão. Para esse propósito, é proposto que a velocidade rotacional virtual seja dependente de uma frequência de rede predefinida. Aqui, portanto, a frequência de rede é predefinida, em particular como uma frequência de referência fixa. Um torque auxiliar pode ser determinado como uma função de uma diferença entre a velocidade rotacional virtual, ou seja, uma velocidade rotacional no modelo de máquina, e a frequência de rede predefinida, o dito torque auxiliar a esse respeito deste modo sendo controlado por controle de circuito de malha fechada ou circuito de malha aberta ou sendo estabelecido. O dito torque auxiliar contrabalanceia o torque

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 29/70

19/44 elétrico virtual no modelo. A diferença entre o torque auxiliar e o torque elétrico virtual, se apropriado após levar em consideração torques adicionais, atua na velocidade rotacional virtual resultando dos mesmos por meio de integração com uma constante de tempo de integração correspondente. A velocidade rotacional virtual pode então por sua vez ser uma variável de entrada para o modelo de cálculo e deste modo predefinir a frequência da tensão de gerador e assim finalmente também a frequência das correntes de referência. Por meio desse método, portanto, em particular uma frequência fixa pode ser implementada por meio do uso da máquina síncrona virtual de forma que a rede de ilha elétrica é deste modo governada com relação à frequência.

[0055] O controle do torque auxiliar preferivelmente usa um controlador de PI a fim de corrigir a velocidade rotacional virtual com precisão de estado uniforme para a frequência de rede predefinida ou uma velocidade rotacional correspondente.

[0056] Adicional ou altemativamente, é proposto aqui que a tensão de excitação virtual é dependente de uma tensão predefinida da rede de alimentação de energia elétrica e uma tensão detectada da rede de alimentação de energia elétrica. Isso é proposto em particular de forma que um valor de potência reativa auxiliar é averiguado como uma função de uma diferença entre a tensão predefinida e a tensão detectada. Se apropriado, um valor de potência reativa detectado é subtraído do mesmo. Esse valor de potência reativa assim obtido pode ser integrado para formar a tensão de excitação virtual, em particular por meio de um ganho de potência reativa, como já foi explicado.

[0057] Levando em consideração a tensão, um controle de tensão pode ser efetuado, que pode também ser referido como controle de tensão de queda. Esse controle de tensão pode preferivelmente ser ativado ou desativado. Em virtude do uso opcional da tensão predefinida e da tensão

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 30/70

20/44 detectada sendo levada em consideração, ou seja, sendo ativada, o dito controle de tensão é assim ativado. A máquina síncrona virtual é assim controlada de forma que ela pode reagir a mudanças de tensão na rede de alimentação de energia elétrica, em particular no ponto de conexão de rede, com um controle de tensão. Ela pode assim atuar de maneira a estabilizar a tensão ou compensar a tensão como resultado. Essa variante é proposta para operação de rede de ilha, em particular, porque um controle de tensão e assim gerenciamento de tensão pode ser alcançado como resultado. Esse controle manifesta então seu efeito por meio da tensão de excitação elétrica. Como resultado, em uma rede de ilha o método pode predefinir ou gerenciar não apenas a frequência mas também a tensão, ou seja, a amplitude de tensão.

[0058] Para operação de rede de ilha, é assim proposto, em particular, que o torque auxiliar é controlado por meio de um controlador de Pie a velocidade rotacional virtual resulta em particular de uma integração de um torque diferencial, como diferença entre o torque auxiliar e o torque elétrico virtual, por meio de uma constante de tempo de integração, e/ou o valor de potência reativa auxiliar é controlado por meio de um controlador de PI, e a tensão de excitação virtual resulta em particular de uma integração de uma potência reativa diferencial, como diferença entre a potência reativa auxiliar e uma potência reativa detectada, por meio de uma constante de tempo de integração.

[0059] Um torque resultando de uma diferença entre o torque auxiliar controlado e o torque virtual atua assim no modelo de máquina. Isso é integrado no modelo de máquina, mais especificamente por meio do momento virtual inverso de inércia como constante de tempo de integração, e assim

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 31/70

21/44 determina a velocidade rotacional virtual. Na medida em que nenhum torque adicional é adicionado, essa integração produz a velocidade rotacional virtual. Por esse meio, a velocidade rotacional da máquina síncrona virtual é assim controlada por controle de circuito de malha aberta ou circuito de malha fechada.

[0060] Por meio da potência reativa, a tensão de saída é controlada por controle de circuito de malha fechada ou circuito de malha aberta. Para esse propósito, o desvio de tensão em relação a um valor de referência ou valor de ponto de ajuste como desvio de controle é convertido em um valor de potência reativa por meio de um controle de PI e assim, por meio da tensão de excitação virtual, a tensão é controlada por meio da máquina síncrona virtual. [0061] Uma instalação de energia eólica é também proposta de acordo com a invenção, instalação de energia eólica esta que é preparada para alimentar energia elétrica a uma rede de alimentação de energia elétrica trifásica em um ponto de conexão de rede. Para esse propósito, a dita instalação de energia eólica compreende pelo menos um inversor para gerar uma corrente de alimentação. Assim, o inversor então gera tal corrente de alimentação por exemplo, por meio de um método de faixa de tolerância. Além do mais, é feita provisão de um meio de detecção para detectar uma tensão de rede elétrica, e a dita tensão de rede elétrica é detectada em particular no ponto de conexão de rede. O meio de detecção pode de acordo ser incorporado como um instrumento de medição ou sensor de medição e medir a tensão no ponto de conexão de rede. No entanto, o sensor efetivo pode também estar presente como um elemento separado que não forma parte da instalação de energia eólica. A instalação de energia eólica então tem uma interface por meio da qual pode receber a tensão de rede detectada e essa interface pode então servir como meio de detecção para detectar a tensão de rede elétrica.

[0062] Além do mais, é feita provisão de um dispositivo de controle

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 32/70

22/44 para controlar a alimentação. O dito dispositivo de controle aciona o inversor, em particular. Para esse propósito, pode ser feita a provisão de um microprocessador específico no inversor, que provê ações de comutação no inversor e que é acionado pelo dispositivo de controle, em particular obtém valores de ponto de ajuste para a corrente de alimentação. No entanto, o dispositivo de controle pode também atuar diretamente sobre o inversor.

[0063] Em todos os casos é proposto que o dispositivo de controle seja preparado para executar um método que determina uma tensão de gerador virtual usando um modelo de máquina, em que o modelo de máquina emula um comportamento de uma máquina síncrona. Consequentemente, pelo menos o dito modelo de máquina é implementado no dispositivo de controle. Para esse propósito, o dispositivo de controle pode compreender um microprocessador correspondente ou outros dispositivos de computador.

[0064] Além do mais, o método implementado compreende a etapa de comparar a tensão de rede detectada para comparação com a tensão de gerador virtual. Em particular, a tensão de rede é filtrada para esse propósito de forma que o quanto possível apenas uma tensão fundamental da tensão de rede é comparada com a tensão de gerador virtual. Isso é baseado no conceito de que a tensão de gerador virtual é gerada no dispositivo de controle e em particular com o auxílio do modelo de máquina e portanto não tem nenhuma perturbação de medição ou nenhuma perturbação de medição apreciável. Visto que a comparação não envolve identificar diferenças nas perturbações de medição, a tensão de rede detectada deve ser preparada o quanto possível de forma que ela não tenha nenhuma perturbação de medição, ou pelo menos a menor perturbação de medição possível ou a mais fraca possível.

[0065] Além disso, o método implementado compreende a etapa de predefinir uma corrente de ponto de ajuste como predefinição para a corrente de alimentação como uma função da tensão de gerador virtual e como uma função da tensão de rede preparada para comparação. Consequentemente, a

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 33/70

23/44 corrente de ponto de ajuste é assim predefinida como uma função da tensão de gerador virtual e como uma função da tensão de rede.

[0066] Além disso, o inversor é preparado para gerar a corrente de alimentação dependendo da corrente de ponto de ajuste e alimentar a corrente de alimentação gerada no ponto de conexão de rede à rede de alimentação de energia elétrica. Em particular, uma interconexão correspondente na saída do inversor é também vantajosa para esse propósito. Essa pode incluir um indutor correspondente. Além do mais, para esse propósito, o inversor é conectado ao ponto de conexão de rede, se apropriado, por meio de pelo menos um transformador adicional.

[0067] E adicionalmente proposto que preparar a tensão de rede detectada para comparação com a tensão de gerador virtual compreende transformar a tensão de rede detectada em uma representação de vetor espacial. O dispositivo de controle é assim também preparado para prover tal transformação. Para esse propósito, algoritmos de transformação correspondentes podem ser implementados no dispositivo de controle. Além do mais, o dispositivo de controle é equipado com capacidade computacional correspondente, ou seja, em particular com um microprocessador correspondente ou outro dispositivo de computador.

[0068] Preferivelmente, tal instalação de energia eólica, em particular o dispositivo de controle, é preparado para executar um método para alimentar energia elétrica a uma rede de alimentação de energia elétrica de acordo com pelo menos uma modalidade descrita acima. Para esse propósito, é proposto implementar as etapas explicadas em cada caso na unidade de controle.

[0069] Um parque eólico é também proposto de acordo com a invenção, parque eólico este que compreende uma pluralidade de instalações de energia eólica, em que as instalações de energia eólica são incorporadas de acordo com pelo menos uma modalidade descrita acima. Adicional ou

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 34/70

24/44 altemativamente, é proposto que o parque eólico compreenda um dispositivo de alimentação de parque, que é conectado a um ponto de conexão de rede e é preparado para executar um método de acordo com uma modalidade descrita acima. Em particular, um inversor de parque é proposto para esse propósito. Tal dispositivo de alimentação de parque ou o inversor de parque, particularmente no caso de um parque eólico tendo uma rede de CC, pode alimentar potência a partir das instalações de energia eólica do parque eólico na totalidade da mesma à rede de alimentação de energia elétrica. Se apropriado, isso pode também ser feito com uma alta tensão. Em particular, um inversor de parque central é proposto aqui para essa alimentação. Tal inversor de parque central pode também operar com base na máquina síncrona emulada proposta e aplicar os métodos propostos, ou um dos mesmos.

[0070] A invenção é explicada em mais detalhes por meio de exemplo abaixo com referência às figuras anexas.

[0071] Fig. 1 mostra uma instalação de energia eólica em uma ilustração em perspectiva.

[0072] Fig. 2 mostra um parque eólico em uma ilustração esquemática.

[0073] Fig. 3 mostra um diagrama de circuito equivalente para transferência de potência entre duas fontes de tensão de CA.

[0074] Fig. 4 mostra um diagrama estrutural esquemático de um método de alimentação de acordo com uma modalidade para operação de rede.

[0075] Fig. 5 mostra um diagrama estrutural de um método de acordo com uma modalidade no caso de operação de rede de ilha.

[0076] Fig. 6 mostra um diagrama estrutural para ilustrar uma adaptação de uma impedância virtual de acordo com uma modalidade.

[0077] Fig. 7 mostra um diagrama estrutural para ilustrar um

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 35/70

25/44 processo de filtragem de tensão proposto de acordo com uma modalidade.

[0078] Fig. 8 mostra perfis de tensão para elucidar um efeito de filtro.

[0079] A figura 1 mostra uma instalação de energia eólica 100 compreendendo uma torre 102 e uma nacele 104. Um rotor 106 compreendendo três pás de rotor 108 e um cone de hélice 110 é arranjado na nacele 104. O rotor 106 é impelido a efetuar um movimento rotacional pelo vento durante a operação e desse modo aciona um gerador na nacele 104.

[0080] A figura 2 mostra um parque eólico 112 compreendendo, por exemplo, três instalações de energia eólica 100, que podem ser idênticas ou diferentes. As três instalações de energia eólica 100 são assim representativas de basicamente um número arbitrário de instalações de energia eólica de um parque eólico 112. As instalações de energia eólica 100 proveem sua potência, mais especificamente em particular a corrente gerada, por intermédio de uma rede de parque elétrica 114. Neste caso, as correntes respectivamente geradas ou potências das instalações de energia eólica individuais 100 são adicionadas e um transformador 116 é usualmente provido, que aumenta a tensão no parque a fim de então alimentá-la à rede de alimentação de potência 120 no ponto de alimentação 118, que é também geralmente referido como PCC. A fig. 2 é meramente uma ilustração simplificada de um parque eólico 112, que, por exemplo, não mostra um controlador, mesmo se um controlador estiver presente, é claro. Além disso, a título de exemplo, a rede de parque 114 pode ser configurada diferentemente, com, por exemplo, um transformador também estando presente na saída de cada instalação de energia eólica 100, para mencionar apenas uma modalidade exemplar diferente.

[0081] O método proposto é um método de controle de corrente de um conversor completo durante operação de ilha e rede com base na equação de movimento de uma máquina síncrona. A invenção assim se refere a um

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 36/70

26/44 método de controle de corrente de um conversor completo, o controle central do qual é baseado na equação de movimento de uma máquina síncrona. Esse controle possibilita emular entre outros o momento de inércia de uma máquina síncrona no caso de mudanças de estado de rede, em particular mudanças na frequência de rede e na tensão de rede, de uma maneira tão livremente ajustável quanto possível. Essa propriedade é também dependente de uma energia armazenada no circuito de ligação CC do conversor completo. Leva-se em consideração a uma energia alimentada no circuito de ligação por meio de um controle de tensão de circuito de ligação por meio de uma fonte de energia primária. A dita energia pode então de maneira semelhante estar disponível no circuito de ligação CC.

[0082] O método é também explicado em mais detalhe abaixo por meio de exemplo com base em diversos exemplos.

[0083] Em um sistema de CA, as potências ativas e reativas transferidas entre dois nós tendo as tensões V e E são determinadas por meio das seguintes equações:

„ V*E*sin5 (1)

F =----x _ g²-E*V*cos§ (2) “ X em que X é a reatância de linha entre os dois nós e δ é o desvio de fase entre as duas tensões. Isso é ilustrado no diagrama de circuito equivalente na figura 3.

[0084] Assumindo que E é a tensão de saída de um conversor completo conectado à tensão V na rede, equações (1) e (2) deixam claro que as potências ativas e reativas transferidas podem ser influenciadas pelas amplitudes e ângulo de fase da tensão de saída do conversor.

[0085] O controle consiste em um circuito de malha de controle externo e interno. No circuito de malha de controle externo, a amplitude e o

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 37/70

27/44 ângulo da tensão de rotor de uma máquina síncrona virtual são variados dinamicamente de forma que as potências ativas e reativas de um conversor completo que são alimentadas na rede são corrigidas para valores de ponto de ajuste predefinidos. O controle de potência ativa é baseado na equação de movimento de uma máquina síncrona, enquanto a potência reativa ou controle de tensão é baseado em um controlador de P ou controlador de PL d A. d dt ~ J (3)

A equação (3) descreve a equação de movimento de uma [0086] máquina síncrona, em que T_m e T_e respectivamente representam o torque mecânico eletromagnético, ω_Γ representa a velocidade de rotor, Kd fator de amortecimento, e J representa a inércia da máquina representa síncrona.

T_m é determinado por meio de um valor de ponto de ajuste de [0087] potência ativa, como será também explicado a respeito da figura 4, enquanto Kd e J são parâmetros ajustáveis. A variável Kd pode também ser referida como ganho Dp.

[0088] As variáveis elétricas da máquina síncrona virtual são transformadas em componentes d/q com relação ao sistema de coordenada de rotor e são usadas para o cálculo de Te. A transformação d/q pode também ser referida como transformação qd ou transformação em coordenadas qd e, para explicações adicionais em relação à transformação, referência é feita à referência da literatura [Litl] citada abaixo. O ângulo Θ resultando da solução de (3) e integração de co_r é usado para a transformação.

[0089] seguir:

As matrizes de transformação abc/qd são definidas como a

COS {£ — —) COS (# + —) sin (4)

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 38/70

28/44 :-1

COS

1.1 (5) [0090] No caso de uma máquina de rotor cilíndrica, T_e é calculado como a seguir:

= [0091] representa (6)

Nesse caso, p representa o número de pares de polo, L_m indutância mútua, if representa a corrente de excitação, e i_q componente q da corrente de estator, em que a porção L_m if representa resulta da potência reativa e controle de tensão.

[0092] A amplitude da tensão de rotor virtual em componentes qd é calculada a partir de:

(7) (8) e (5) são usados para efetuar a transformação inversa de (7) e (8) em abc. Deve ser notado que nesse caso, o ângulo de tensão 0 não é obtido a partir da tensão de rede separadamente por meio de um método tal como um circuito de malha de bloqueio de fase, for exemplo, mas em vez disso resulta da solução do sistema acima descrito de equações, em particular equação (3) de movimento. Essa é uma vantagem crucial da classe de método de métodos de controle com base em máquinas síncronas, visto que atrasos tais como são habituais com a ordem de magnitude de dezenas de ms no caso de circuitos de malha de bloqueio de fase e métodos similares são evitados nesse caso. [0093] controlador

O circuito de malha de controle interno consiste em um de histerese de corrente, que pode também ser referido como faixa de tolerância, os valores de ponto de ajuste dos quais resultam dos valores instantâneos das tensões de rotor virtual e_ab_C, tensões medidas nos terminais de conversor v_abc, e uma impedância de estator virtual 4.

método de

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 39/70

29/44 [0094] A impedância de estator virtual pode ser estabelecida de forma que a estabilidade de controle é garantida, e consiste na seguinte equação: Z_s — ^S (9) em que R_s e L_s representam a resistência de estator e a indutância de estator da máquina síncrona virtual.

[0095] Consequentemente, os valores de ponto de ajuste de corrente são calculados a partir de:

[0096] (10)

As tensões de terminal medidas do conversor não são necessariamente sinusoidais e, dependendo do modo de operação ou estado de rede, pode conter muitas harmônicas, que podem ter um efeito negativo nos valores de ponto de ajuste de corrente de acordo com equação (10) e todo o controle. Esse será o caso por exemplo em operação de circuito aberto, isto é, quando uma tensão é imprimida sem uma carga, ou no caso de cargas altamente não lineares. A princípio, a tensão de rotor sempre simétrica do sistema de equações para um gerador síncrono contrabalanceia essa assimetria e conteúdo harmônico, mas ela não pode sempre compensar completamente os mesmos. A fim de contrabalancear esse comportamento, as tensões de terminal de conversor são transformadas em coordenadas qd, e seus componentes são filtrados por um filtro passa-baixa de primeira ordem e submetida a transformação inversa em componentes abc novamente. Consequentemente, nenhuma amplitude e compensação de fase é requerida. Isso é ilustrado no diagrama de circuito equivalente na figura 3.

[0097] Uma explicação é dada abaixo da operação de rede que envolve alimentação a uma rede de alimentação de energia elétrica, tal como por exemplo, a rede interconectada europeia. Isso pode ser diferente da alimentação a uma rede de ilha, como será também descrito abaixo.

[0098] Visto que o controle emula as propriedades de uma máquina síncrona, o conversor é capaz de se sincronizar com a rede de alimentação de

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 40/70

30/44 energia elétrica, que pode também ser referida simplesmente como rede. Antes de o conversor ser conectado à rede, a fase de sincronização ocorre.

[0099] Os valores de ponto de ajuste de potência ativa e reativa são estabelecidos para zero e o controle garante que as condições de acordo com (11) sejam atendidas. Isso significa que a amplitude e ângulo de fase das tensões de rotor virtual e_abc são iguais a aquelas das tensões de rede v_abc no ponto de acoplamento comum (PCC). Consequentemente, as potências ativas e reativas no estado ajustado, de acordo com equações (12) e (13), são zero no PCC.

(11) (12) ρ=_{= 0}

Â^r.

(13) [00100] Visto que o conversor ainda não está conectado à rede durante a fase de sincronização, as correntes de acordo com equação (10) são virtuais. No fim da fase de sincronização, se a equação (11) é satisfeita, isso resulta no seguinte:

®sbc Vabc — 0 “θ “’ — U —* T_e — 0 (14) [00101] Quando a fase de sincronização é concluída, o conversor pode ser conectado à rede e P_set e Q_set pode ser estabelecido para um novo valor de ponto de ajuste. A estrutura proposta para operação de rede é ilustrada na figura 4.

[00102] Pretende-se que a corrente de ponto de ajuste i_sabc seja predefinida pelo método. A dita corrente de ponto de ajuste i_sabc é trifásica e resulta de uma tensão diferencial Udv presente na impedância virtual Zv. No diagrama estrutural na figura 4, que é ilustrado de forma que a tensão diferencial Udv é inserida na dita impedância virtual.

[00103] A tensão diferencial Udv resulta como uma diferença da tensão medida Vpcc subtraída da tensão de gerador virtual E_gen. Um elemento de soma de saída 10 é provido para esse propósito. A tensão Vpcc é a tensão

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 41/70

31/44 medida no ponto de conexão de rede, tensão esta que é filtrada, no entanto, mais especificamente preferivelmente na maneira como será também explicada com referência à figura 7.

[00104] A tensão de gerador E_gen é calculada no modelo de cálculo 12 e fornecida pelo último. Para esse propósito, o modelo de cálculo 12 usa equações de máquina do gerador síncrono que foram descritas acima. A diferença entre a tensão de gerador E_gen e a tensão medida Vpcc no ponto de conexão de rede assim atua na impedância virtual Zv, a partir da qual a corrente de ponto de ajuste I_sabc é calculada. Isso basicamente significa que uma impedância representada pela impedância virtual Zv está presente entre a tensão de gerador e a tensão no ponto de conexão de rede.

[00105] O modelo de cálculo 12 tem o ângulo de rotação virtual δ do rotor e uma velocidade rotacional virtual ω do rotor como variáveis de entrada. Essas duas variáveis, as quais se se referem a esse respeito ou são variáveis mecânicas, são finalmente dependente de uma potência ativa, em particular uma potência ativa predefinida.

[00106] A geração da corrente de ponto de ajuste I_sabc como uma função da impedância virtual Zv e da tensão diferencial Udv é baseada na equação (10) explicada acima. A esse respeito, a tensão de gerador E_gen corresponde à tensão de gerador e_ab_C na equação (10) e a tensão medida e filtrada Vpcc corresponde à tensão v_ab_c na equação (10). A impedância virtual Zv corresponde à impedância Zs na equação (10).

[00107] Além do mais, a tensão de excitação virtual U_e e a corrente fornecida I_ab_C entra no modelo de cálculo 12. A corrente fornecida I_ab_C pode ser uma corrente medida, mais especificamente em particular a corrente de saída trifásica que foi gerada pelo inversor de acordo com a corrente de ponto de ajuste I_sabc· [00108] E apontado além do mais que a figura 4 e a figura 5 contêm um modelo de máquina virtual e quaisquer variáveis que se relacionam a uma

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 42/70

32/44 máquina síncrona nas mesmas são assim variáveis dessa máquina síncrona virtual e devem assim em geral ser consideradas como variáveis virtuais, mesmo se isso não é especificamente explicado.

[00109] Além do mais, o modelo de cálculo 12 fornece um torque elétrico virtual T_e. Durante operação, esse torque elétrico virtual T_e contrabalanceia um torque mecânico T_m no elemento de soma de torque 14. Um torque efetivo T_w resulta do elemento de soma de torque 14. O torque mecânico T_m resulta da potência, que pode ser predefinida aqui como potência de ponto de ajuste P_s. Por meio da conversão de torque 16, que substancialmente leva em consideração a velocidade rotacional, o torque mecânico T_m resulta da potência de ponto de ajuste P_s que é inserida.

[00110] O torque efetivo T_w é dividido pelo momento de inércia virtual J, que é realizado pelo ganho de inércia 18, e então leva à velocidade rotacional ω por meio do primeiro integrador mecânico 21. A velocidade rotacional ω leva ao ângulo de rotação δ do rotor por meio do segundo integrador mecânico 22. Esses dois integradores mecânicos 21 e 22 formam assim substancialmente novamente o comportamento mecânico do rotor no qual o torque efetivo T_w atua.

[00111] Em adição, um controlador de torque tendo um ganho de controlador de torque 24 é também provido. O ganho de controlador de torque 24 leva a um torque auxiliar Th, que é levado em consideração com sinais negativos no elemento de soma de torque 14 e a esse respeito reduz o torque efetivo T_w desde que o torque auxiliar em si tenha um valor positivo.

[00112] Para esse propósito, o resultado do elemento de soma de velocidade rotacional 26 atua no ganho de controlador de torque 24. No elemento de soma de velocidade rotacional, de acordo com a configuração mostrada na figura 4, uma velocidade rotacional filtrada ω* é subtraído da velocidade rotacional virtual ω. O resultado é a velocidade rotacional diferencial Δω.

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 43/70

33/44 [00113] Com esse controle de torque, a velocidade rotacional ω pode ser influenciada em particular para uma sincronização. Desde que a velocidade rotacional ω mude, pode resultar uma diferença entre a velocidade rotacional ω e a velocidade rotacional filtrada ω*. Para esse propósito, é feita provisão, em particular, de que o filtro de velocidade rotacional 28 tenha um ganho de 1 e assim que uma velocidade rotacional filtrada ω* corresponda à velocidade rotacional ω no estado uniforme. No dito estado uniforme, a velocidade rotacional diferencial Δω 0 será então também 0 e o torque auxiliar Th será assim também 0. Se, na sincronização, a potência predefinida P_s é então também 0 e a máquina elétrica virtual global opera em tal operação de circuito aberto de estado uniforme, o torque elétrico virtual T_e, então também se toma 0 e assim o torque efetivo T_w então também se toma 0. A velocidade rotacional ω então não muda mais. A sincronização é então concluída e por exemplo, uma conexão pode então ser efetuada para alimentação à rede de alimentação de energia elétrica por meio do ponto de conexão de rede.

[00114] Para operação de rede de ilha, em particular, uma predefinição de frequência pode ser efetuada por meio do bloco de predefinição de frequência 30, que é provido para operação de rede de ilha, em particular. A operação de rede de ilha será também descrita abaixo em associação com a figura 5.

[00115] A tensão de excitação virtual U_e resulta da integração de uma potência reativa efetiva Qw levando em consideração um ganho de potência reativa G, que pode também ser referido como constante de tempo de integração. Um bloco de ganho de potência reativa 32 e o integrador de potência reativa 34 são providos para esse propósito.

[00116] A potência reativa efetiva Qw é o resultado da diferença entre potência reativa predefinida Qs e potência reativa medida Qi. A diferença é formada no elemento de soma de potência reativa 36. A potência reativa

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 44/70

34/44 medida Qi é a potência reativa alimentada naquele momento pelo inversor. A tensão de excitação virtual U_e é assim estabelecida ou influenciada por meio da potência reativa.

[00117] Um controle de tensão pode ser ativado ou ligado por meio de um comutador de controle de tensão 38. Um controle para uma tensão predefinida Vpccs pode ser realizado pelo dito controle de tensão. No mínimo, um controle de tensão pode ser realizado como uma função do mesmo. Para esse propósito, no ponto de conexão de rede uma tensão Vpcci medido é subtraído da dita tensão de ponto de ajuste Vpccs· O elemento de soma de tensão 40 é provido para esse propósito. Para o controle de tensão, a tensão diferencial AV assim obtida é passada por meio de um ganho de tensão D_q em um bloco de ganho de tensão 42. Isso resulta em uma potência reativa de controle Qr, que influencia a potência reativa efetiva Q_w por meio do elemento de soma de potência reativa 36 e assim a tensão de excitação virtual U_e é então influenciada por meio de um bloco de ganho de potência reativa 32 e o integrador de potência reativa 34. Esse controle pode ser ativado fechando o comutador de controle de tensão 38. Preferivelmente, um ganho de tensão D_q de um bloco de ganho de tensão 42 é também variável a fim de influenciar em particular a faixa dinâmica desse controle de tensão.

[00118] Durante operação de rede de ilha, a frequência e a tensão da rede são corrigidas para valores de ponto de ajuste desejados. O controle de frequência é ainda baseado na equação (3) com a diferença que T_m é determinado por um controlador de PI, que reage ao desvio de frequência, e é designado como Tr na figura 5. De maneira similar ao controle de frequência, o controle de tensão é também efetuado por meio de um controlador de PI, da potência fornecida a partir da qual o valor de ponto de potência reativa de ajuste resulta.

[00119] O controle correspondente possibilita ao conversor ter uma capacidade de arranque autônomo. A propriedade é alcançada por uma

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 45/70

35/44 pequena carga resistiva ou indutiva sendo conectada em paralelo com os terminais de conversor se as correntes de circuito aberto fluindo através do filtro de rede do conversor ou correntes de circuito aberto de outro equipamento de operação são baixas demais para uso satisfatório de um controlador de corrente de histerese. Uma corrente de saída de conversor mínima pode assim se formar, de forma que a funcionalidade do controle de histerese é garantida. Isso resulta em uma tensão nos terminais de conexão do conversor, a frequência e amplitude dos quais são corrigidos para os valores de ponto de ajuste desejados.

[00120] Operação de rede de ilha é ilustrada na figura 5, que mostra uma estrutura como aquela na figura 4. Na medida em que a estrutura ou os elementos em ambas as figuras é/são idêntico(s) ou tem/têm a mesma função, designações e sinais de referência idênticos são usados. Para explicação das funções que não mudaram para operação de rede de ilha, referência é também feita a esse respeito para a explicação concernente à figura 4.

[00121] Em operação de rede de ilha, então, uma porção de controlador de potência de PI adicional 50 é provido para um controle de potência, que basicamente concerne ao movimento mecânico do rotor. Prosseguindo de uma velocidade rotacional diferencial Δω, a dita porção gera um torque de controlador Tr, que influencia o torque efetivo T_w por meio do elemento de soma de torque 14.

[00122] Nesse caso, a velocidade rotacional diferencial Δω resulta como a diferença entre a velocidade rotacional ω do modelo de máquina e uma velocidade rotacional de ponto de ajuste ω₈, que é predefinida pelo bloco de predefinição de frequência 30. O bloco de predefinição de frequência 30 predefine a frequência para a rede de ilha e predefinir aqui a esse respeito uma frequência de ponto de ajuste, convertido em uma velocidade rotacional de ponto de ajuste ω₈. A diferença é formada no elemento de soma de velocidade rotacional 26. Uma velocidade rotacional filtrada ω* de acordo com a

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 46/70

36/44 estrutura na figura 4 não é usada aqui. No entanto, a estrutura de acordo com a figura 4 pode também ser usada na medida em que, para operação de ilha, comutação do filtro de velocidade rotacional 28 para o bloco de predefinição de frequência 30 é efetuada, como é indicado pelo comutador de transição de frequência 29 na figura 4. Como resultado, uma situação de rede de ilha temporária pode também ser levada em consideração, isto é, se não apenas um uso em uma rede de ilha é implementado a princípio, tal como por exemplo, em uma pequena ilha geográfica efetiva, em vez disso se, por conta de comutação atua em uma maior rede de alimentação de potência, uma área parcial dessa rede de alimentação de potência se desenvolve em uma rede de ilha, ou seja, é temporariamente desacoplada.

[00123] Por meio de comutação no torque de controle Tr, o movimento de rotor ou movimento de rotor virtual da máquina síncrona virtual pode assim ser controlado de forma que a frequência predefinida ou a velocidade rotacional de ponto de ajuste predefinida ω₈ é estabelecida. A consideração de uma potência de ponto de ajuste P_s por meio da conversão de torque 16 é inicialmente não provida aqui. Ela pode ser selecionada, se apropriado, por meio do comutador de potência de ponto de ajuste 52. No entanto, o torque elétrico virtual T_e ainda atua no torque efetivo T_w por meio do elemento de soma de torque 14. Especificamente, a esse respeito o modelo de máquina permaneceu inalterado, mas um controle diferente foi implementado. Para o controle de tensão, operação de rede de ilha de acordo com a estrutura na figura 5 de maneira semelhante provê o uso de uma porção de PI, mais especificamente na forma de porção de controle de tensão de PI 54. A porção de controle de tensão de PI 54 fornece uma potência reativa de controle Qr, que aqui é dada a mesma designação que na figura 4 por questão de simplicidade. No entanto, a potência reativa de controle Qr é agora a saída da porção de controle de tensão de PI 54. A dita potência reativa de controle Q_e assim contém uma porção integral. Uma diferença entre a tensão predefinida

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 47/70

37/44

Vpccs no ponto de conexão de rede e uma tensão Vpcci medida nele mais uma vez forma a entrada da dita porção de tensão de PI 54. A potência reativa efetiva Qw é agora o resultado da diferença entre a potência reativa de controle Qr e a potência reativa medida Qi. Uma potência reativa predefinida Qs não é efetiva porque o comutador de potência reativa 56 efetua a comutação para a saída da porção de controle de tensão de PI 54.

[00124] O que é alcançado, então, por meio da porção de controle de tensão de PI 44 é que isso substancialmente resulta em uma potência reativa sendo predefinida que é dependente do desvio de tensão entre a tensão predefinida e a tensão medida no ponto de conexão de rede. A porção integral da porção de tensão de PI 54 é provida para alcançar uma precisão de estado uniforme da tensão predefinida no ponto de conexão de rede.

[00125] Para comutar da operação de arranque autônomo para a operação de carga, ou seja, na rede de ilha, e vice-versa, uma adaptação da impedância virtual é executada. Isso é proposto visto que durante operação sem cargas significantes uma filtragem passa-baixo relativamente grande da diferença entre a tensão de rotor virtual e a tensão terminal medida seria necessária a fim de garantir estabilidade.

[00126] A adaptação da impedância virtual é ilustrada na figura 6. A adaptação ao comutar da operação de arranque autônomo para a operação de carga é baseada na potência de saída medida do conversor, que pode concernir a potência ativa e/ou reativa, ou altemativamente nos gradientes de potência medida dP/dt e/ou dQ/dt, e é designada como condição 1, ou condição Cl, na figura 6. Nesse caso, a porção indutiva Ls da impedância virtual Zs é alterada e essa alteração é limitada por um gradiente máximo, que pode ser referido como limitador de taxa.

[00127] Durante a transição da operação de carga para operação de arranque autônomo, a impedância de carga se toma significantemente maior. Visto que as correntes de valor de ponto de ajuste não mudam durante a

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 48/70

38/44 transição, isso leva a um aumento transiente significante na tensão de terminal. Se a diferença entre as amplitudes da tensão de rotor virtual e da tensão terminal medida excede um limite específico, que é representado como condição 2 ou condição C2 na figura 6, a impedância virtual do controle é mudada.

[00128] A figura 6 mostra a esse respeito uma implementação da impedância virtual Zv das estruturas das figuras 4 e 5 em que o valor da inversa da dita impedância virtual Zv é multiplicado pela tensão diferencial Udv no multiplicador 60, resultando assim na corrente de ponto de ajuste I_abc· A corrente de ponto de ajuste trifásica I_abc pode também ser referida como correntes de ponto de ajuste por conta de sua natureza trifásica, mais especificamente uma corrente por fase. O mesmo se aplica a outras variáveis trifásicas.

[00129] A impedância virtual Zv, que pode também ser referida como Zs, é composta de uma parte indutiva Ls e uma porção resistiva Rs e essas variáveis formam assim uma entrada para um bloco de impedância 62, em que essas duas porções são combinadas e o inverso da impedância é formado e fornecido para um cálculo adicional.

[00130] De acordo com a modalidade mostrada, a porção indutiva Ls é alterada, a porção resistiva Rs permanecendo inalterada. No entanto, a última, também, pode ser alterada a princípio.

[00131] A mudança ou ajuste da porção indutiva Ls é então dependente, em particular, se a operação de arranque autônomo ou operação de carga está presente. Por conseguinte, dependendo desses modos de operação, o comutador de modo de operação 64 pode comutar entre as duas porções indutivas, mais especificamente a porção indutiva Lsi para operação de arranque autônomo e Ls2 para operação de carga. Para esse propósito, as duas condições Cl e C2, respectivamente, são inseridas no comutador de modo de operação 64. Visto que essa comutação pode ser realizada no curso

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 49/70

39/44 de operação, mas pretende-se que a indutância virtual Zv ou Zs, respectivamente, não seja mudada abruptamente, um bloco de gradiente 66 é provido, que garante que a mudança seja passada adiante como uma rampa tendo um gradiente máximo ou que a mudança é limitada a tal inclinação tendo um gradiente máximo. A esse respeito, tal gradiente máximo é limitado em termos de valor absoluto. Em outras palavras, ambos um aumento e uma queda são limitados. Em outras palavras, se o comutador de modo de operação 64 efetua comutação entre dois valores das porções indutivas e a saída do comutador de operação 64 é um salto, então a saída do bloco de gradiente 66 é uma rampa.

[00132] Como resultado, portanto, a impedância virtual Zv ou Zs muda gradualmente e essa mudança pode assim ser executada no curso de operação e atua diretamente na corrente de ponto de ajuste I_abc por meio do multiplicador 60.

[00133] No entanto, leva-se em consideração o fato, particularmente em operação de arranque autônomo, que não apenas é uma comutação efetuada entre as duas porções indutivas Lsi e Ls2, respectivamente, mas também as porções indutivas efetivas em cada caso dependendo da posição de comutador do comutador de modo de operação 64 é alterada em sua parte. Essa alteração, também, pode ser limitada a um gradiente máximo, ou seja, a uma inclinação de borda máxima, por meio do bloco de gradiente 66.

[00134] A figura 7 então ilustra a filtragem da tensão Vpcc medida no ponto de conexão de rede. A tensão medida é designada aqui como Vpcc', enquanto que o resultado filtrado é então a tensão Vpcc· A tensão medida VPCC é inserida no bloco de transformação 70, que transforma essa tensão trifásica em uma representação fundamentalmente conhecida tendo um componente q e um componente d. A transformação é também conhecida como transformação d/q e se refere à mesma transformação que por exemplo, é também conhecida como transformação de Park. Ela converte as variáveis

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 50/70

40/44 trifásicas, aqui mais especificamente a tensão das três fases, em um sistema de coordenada biaxial tendo os eixos d e q. Para propósitos de ilustração, um bloco q 72 compreende o componente q e um bloco d 74 compreende o componente d. A fim de esclarecer que esses dois componentes ainda pertencem ao sinal de tensão não filtrado Vpcc, eles são ilustrados de maneira semelhante como variáveis incluindo um símbolo principal, mais especificamente como q' e d'. Eles então respectivamente entram em um bloco de filtro, mais especificamente o bloco de filtro q 76 e o bloco de filtro d 78. Ambos os blocos de filtro 76 e 78 podem ser idênticos, mas também diferentes. A estrutura proposta na figura 7 usa em cada caso dois filtros lineares de primeira ordem identicamente parametrizados, ou seja, em cada caso um elemento PT1 ou filtro PT1. Ambos os componentes q’ e d’ são assim passados por meio de um filtro passa-baixa de primeira ordem e o resultado é então respectivamente o componente filtrado q e d. Esses componentes filtrados q e d são então passados para o bloco de transformação inversa 80 e submetidos a transformação inversa no sistema trifásico. O resultado é a tensão trifásica filtrada Vpcc, que em particular na figuras 4 e 5 são passadas para o elemento de soma de saída 10.

[00135] A figura 8 mostra dois diagramas de tensão, cada um mostrando uma amplitude de tensão U em volts por tempo em segundos. As tensões ilustradas assim substancialmente mostram em cada caso uma tensão tendo um perfil sinusoidal tendo uma duração de período de 20 ms e assim uma tensão de um sinal de 50 Hz.

[00136] A ilustração superior na figura 8 ilustra a tensão V'i,pcc de uma fase que foi registrada no ponto de conexão de rede. Isso portanto corresponde a uma fase da tensão trifásica V pcc na entrada do bloco de transformação 70 na figura 7. Deve ser notado que os resultados na figura 8 são resultados de simulação. E também apontado que uma tensão elétrica é representada usando em alguns casos a letra U e em alguns casos a letra V,

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 51/70

41/44 sem isso ser destinado a representar qualquer diferença técnica.

[00137] O diagrama superior na figura 8 mostra assim uma tensão não filtrada, que é também evidentemente severamente ruidosa.

[00138] O diagrama inferior na figura 8, cujo eixo de tempo do diagrama é idêntico àquele do diagrama superior, ilustra duas tensões filtradas. A tensão Vi,pcc mostra o perfil filtrado em respeito à tensão não filtrada V ‘i,pcc do diagrama superior, cujo perfil resulta da filtragem de acordo com figura 7. A tensão Vi, pcc é assim a fase - correspondendo ao diagrama superior na figura 8 - do sinal de tensão trifásica Vpcc na saída do bloco de transformação inversa 80 na figura 7. Em outras palavras, se um sinal de tensão trifásica é inserido no bloco de transformação 70 na figura 7, com todas as três fases tendo aproximadamente um perfil como mostrado no diagrama superior na figura 8, um sinal de tensão trifásica resulta na saída do bloco de transformação inversa 80 na figura 7, todas as três fases cujo sinal de tensão têm aproximadamente o perfil Vi, pcc de acordo com a ilustração inferior na figura 8. Nesse caso, a tensão não filtrada V'i,pcc e a tensão filtrada Vi,pcc se relacionam à mesma fase.

[00139] E evidente que praticamente nenhum desvio de fase ocorre entre a tensão não filtrada V'i,pcc e a tensão filtrada correspondente Vi,pcc· [00140] Para a filtragem, um elemento PT1 tendo o mesmo ganho, mais especificamente 1, e a mesma constante de tempo, mais especificamente 10 milissegundos, foi usada em cada caso para os dois blocos de filtro 76 e 78 de acordo com figura 7.

[00141] Em comparação, o mesmo sinal ruidoso V'i,pcc da ilustração superior foi filtrado diretamente por meio de um filtro PT1 que foi parametrizado exatamente da mesma forma que os dois blocos de filtro 76 e 78. O resultado dessa filtragem direta por meio de um filtro PT1 é ilustrado de maneira tracejada no diagrama inferior e designado como Vptir. Além da amplitude reduzida, que poderia certamente ser adaptada adaptando o ganho

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 52/70

42/44 do filtro PT1, um desvio de fase de quase 90 graus é também claramente discemível. Isso efetivamente também reflete o comportamento de fase conhecido de um filtro PT1.

[00142] E assim evidente que a filtragem proposta, que não apenas é adaptada para o sinal trifásico de maneira direcionada mas também em particular leva em consideração o fato de que um sinal sinusoidal é esperado, produz um resultado de filtro muito bom. Em particular, a fidelidade de fase deve ser enfatizada. Com o filtro PT1 usado intemamente aqui, a filtragem direta com qualidade de filtro similar, isto é, supressão de ruído similar, seria possível apenas com um grande desvio de fase ou extensivo retardo de fase. Altemativamente, um filtro significante mais complexo de maior ordem, em particular, podería ser usado para reduzir em particular o problema do atraso de fase. No entanto, esse filtro teria então que ser configurado com complexidade muito maior, e ser adaptado muito precisamente para o comportamento de ruído esperado, e então provavelmente não seria muito robusto vis-à-vis mudanças no sinal serem filtradas, em particular vis-à-vis variáveis de interferência sobrepostas.

[00143] Um controle de potência de um conversor em operação de rede, para ambas redes fortes e fracas, e um conversor tendo capacidade de arranque autônomo em operação de rede de ilha são assim propostas. Uma tensão e controle de frequência durante operação de rede de ilha foram também apresentadas aqui.

[00144] A princípio, o método de controle é adequado para uso com várias formas de energia primária, assim por exemplo, instalações de energia eólica, dispositivos de armazenamento de batería, volantes e formas adicionais. Além disso, o desenho autocomutado de uma rede de alimentação de potência de instalação tal como por exemplo, no caso de uma alimentação de potência interrompível (UPS) é também possível.

[00145] Uma possibilidade de emular uma máquina síncrona usando

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 53/70

43/44 um conversor foi assim fornecida. Isso é também baseado nas seguintes percepções. Emulação de máquina síncrona é particularmente importante com relação ao aumento da proporção de cargas controladas por eletrônicos de potência e unidades de gerador que podem levar a um sistema de alimentação de energia com base em eletrônicos de potência. Tal sistema pode implicar em instabilidades de rede visto que, por exemplo, no caso de mudanças de frequência de rede, o momento de inércia ou a energia rotacional armazenada de geradores de usinas de energia convencionais não mais está presente mas pode ser emulado por meio de estratégias de controle direcionadas. Consequentemente, dada parametrização adequada da máquina síncrona virtual, isso tem um efeito positivo em vários fenômenos relacionados à frequência, tal como por exemplo, a frequência dip após a falha de uma unidade de usina de energia relativamente grande ou uma linha de transmissão HVDC. Oscilações de frequência podem também ser relevantes.

[00146] Após perda da rede de alimentação de energia elétrica, em particular após perda de uma rede interconectada, é possível alcançar a formação de um sistema de rede de ilha por meio de capacidade de arranque autônomo em virtude do fato de que a tensão de rede e frequência pode ser predefinida pelo conversor.

[00147] Um uso das equações principais de uma máquina síncrona usando um conversor controlado por corrente para implementação simples de limitação de corrente é feita possível.

[00148] Um uso do método para formação de rede de uma rede de ilha no caso de arranque autônomo e comutação de operação livre de carga para operação de rede de ilha e de volta é uma preferência.

[00149] E também proposto que, a fim de gerar as correntes de valor de ponto de ajuste sinusoidal, é feito uso de valores instantâneos das tensões, como representado na equação (10). As tensões de terminal medidas do conversor não são sinusoidais e podem conter muitas harmônicas; portanto,

Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 54/70

44/44 problemas podem surgir no cálculo das correntes de valor de ponto de ajuste e levar a instabilidade em um caso não favorável. O processo de filtragem das tensões de terminal em componentes qd, em comparações com o sistema de coordenada abc, leva, no estado ajustado, a uma melhor qualidade de tensão com uma constante de tempo de filtro pequena, sem ter que compensar a amplitude e desvio de fase.

[00150] A impedância virtual de acordo com equação (9) é adaptada adaptativamente dependendo do modo de operação, de forma que a estabilidade de controle é garantida, pelo menos de acordo com uma modalidade.

[00151] Em particular, é também possível alcançar operação estável de um conversor de controle de corrente com as seguinte propriedades:

arranque autônomo imprimindo uma tensão nos terminais de conversor sem uma carga conectada.

[00152] Comutação para operação de ilha com carga e na correção de processo de tensão e frequência para valores de ponto de ajuste selecionáveis.

[00153] Sincronização com uma rede existente e controle rápido de potência ativa e reativa como uma função de frequência de rede e tensão.

[00154] Operação de rede mesmo com razões de curto-circuito muito pequenas.

[00155] Referência é feita, em particular, à seguinte literatura:

[Litl] P. C. Krause, O. Wasynczuk e S. D. Sudhoff, “Analysis of Electric Machinery and Drive Systems”, 2^a Edição, Nova York, 2002, John Wiley & Sons.

Claims (18)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Método para alimentar energia elétrica a uma rede de alimentação de energia elétrica trifásica em um ponto de conexão de rede, em particular por meio de uma instalação de energia eólica, usando um inversor, caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas:

   detectar uma tensão de rede elétrica, em particular no ponto de conexão de rede, determinar uma tensão de gerador virtual usando um modelo de máquina que emula um comportamento de uma máquina síncrona, preparar a tensão de rede detectada para comparação com a tensão de gerador virtual, predefinir uma corrente de ponto de ajuste como predefinição para uma corrente de alimentação como uma função da tensão de gerador virtual e como uma função da tensão de rede preparada para comparação, e gerar a corrente de alimentação dependendo da corrente de ponto de ajuste e alimentar a corrente de alimentação gerada no ponto de conexão de rede à rede de alimentação de energia elétrica, em que preparar a tensão de rede detectada para comparação com a tensão de gerador virtual compreende transformar a tensão de rede detectada em uma representação de vetor espacial.
2. 2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que transformar a tensão de rede detectada em uma representação de vetor espacial é uma transformação d/q.
3. 3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a tensão de rede na representação de vetor espacial no qual ela foi transformada é filtrada e é subsequentemente submetida a transformação inversa, de forma que a corrente de ponto de ajuste é predefinida como uma

   Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 56/70

   2/7 função da tensão de gerador virtual e como uma função da tensão de rede transformada de forma inversa.
4. 4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o modelo de máquina toma como base uma máquina síncrona virtual tendo um estator e um rotor e para determinar a tensão de gerador usa uma, uma pluralidade ou todas das variáveis na lista compreendendo os seguintes:

   um ângulo de rotação virtual (3) do rotor, uma velocidade rotacional virtual (ω) do rotor, uma tensão de excitação virtual, uma corrente de estator virtual, um momento de inércia virtual (J) do rotor, um torque virtual (T_e) do rotor, e um atrito virtual (Dp) do rotor.
5. 5. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a corrente de alimentação gerada é usada como corrente de estator virtual e adicional ou altemativamente o momento de inércia virtual (J) é ajustável.
6. 6. Método de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que o momento de inércia virtual (J) é estabelecido como uma função de um estado de rede ou uma propriedade de rede.
7. 7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que uma impedância virtual é levada em consideração para

   Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 57/70

   3!Ί predefinir a corrente de ponto de ajuste, impedância virtual esta que é levada em consideração como uma impedância entre uma saída do modelo de máquina ou da máquina síncrona virtual e o ponto de conexão de rede, e a magnitude da impedância virtual é variável.
8. 8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a impedância virtual é selecionada dependendo de se a alimentação é efetuada em um estado normal da rede de alimentação de energia elétrica, ou a alimentação é efetuada em um modo de recuperação após interrupção ou falha da rede de alimentação de energia elétrica, em cujo modo de recuperação a rede de alimentação de energia elétrica deve ser operada até um ponto de operação normal.
9. 9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que no modelo de máquina uma diferença de velocidade rotacional entre uma velocidade rotacional virtual e uma velocidade rotacional de referência é formada, um valor filtrado da velocidade rotacional virtual ou uma frequência predefinida é usada como a velocidade rotacional de referência, a velocidade rotacional diferencial é calculada por meio de um ganho de velocidade rotacional diferencial em relação a um torque auxiliar, o torque auxiliar atua no momento de inércia virtual do modelo de máquina por meio de um ponto de soma a fim de deste modo controlar a velocidade rotacional virtual para a velocidade rotacional de referência, em que preferivelmente a velocidade rotacional diferencial é estabelecida para zero para o propósito de sincronizar o modelo de máquina com a rede de alimentação de energia elétrica.

   Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 58/70

   ΜΊ
10. 10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que para o propósito de sincronizar o modelo de máquina com a rede de alimentação de energia elétrica, uma potência de ponto de ajuste tem o valor zero, um modelo de cálculo é usado para calcular tensões de gerador virtual interno e/ou um ou o torque virtual (T_e), em que o modelo de cálculo usa para calcular uma, uma pluralidade ou todas das variáveis na lista compreendendo um ou o ângulo de rotação virtual (3) do rotor, uma ou a velocidade rotacional virtual (ω) do rotor, uma ou a tensão de excitação virtual, e a corrente de alimentação ou a corrente de ponto de ajuste, em que em particular nenhuma frequência da rede de alimentação de energia elétrica é detectada.
11. 11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que uma ou a tensão de excitação virtual é determinada pelo menos como uma função de uma potência reativa predefinida e opcionalmente uma tensão de rede elétrica predefinida no ponto de conexão de rede.
12. 12. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que

    Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 59/70

    5/7 variáveis elétricas do modelo de máquina são calculadas em representação de vetor espacial, em particular de acordo com uma transformação d/q.
13. 13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a corrente de alimentação é gerada por meio de um método de faixa de tolerância.
14. 14. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que em operação de rede de ilha, se o inversor predefine a frequência de rede, a velocidade rotacional virtual (ω) é dependente de uma frequência de rede predefinida, em particular de forma que um ou o torque auxiliar atuando no modelo de máquina é controlado como uma função de uma diferença entre a velocidade rotacional virtual e a frequência de rede predefinida, e/ou a tensão de excitação virtual é dependente de uma tensão predefinida da rede de alimentação de energia elétrica e uma tensão detectada da rede de alimentação de energia elétrica, em particular de forma que um valor de potência reativo auxiliar é controlado como uma função de uma diferença entre a tensão predefinida e a tensão detectada, a tensão de excitação virtual sendo dependente de dito valor de potência reativo auxiliar.
15. 15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que em operação de rede de ilha o torque auxiliar é controlado por meio de um controlador de Pie a velocidade rotacional virtual resulta em particular de uma

    Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 60/70

    6/7 integração de um torque diferencial, como diferença entre o torque auxiliar e o torque elétrico virtual, por meio de uma constante de tempo de integração (1/J), e/ou o valor de potência reativa auxiliar é controlado por meio de um controlador de PI, e a tensão de excitação virtual resulta em particular de uma integração de uma potência reativa diferencial, como diferença entre a potência reativa auxiliar e uma potência reativa detectada, por meio de uma constante de tempo de integração (G).
16. 16. Instalação de energia eólica para alimentação de energia elétrica a uma rede de alimentação de energia elétrica trifásica em um ponto de conexão de rede, caracterizada pelo fato de que compreende um inversor para gerar uma corrente de alimentação, um meio de detecção para detectar uma tensão de rede elétrica, em particular no ponto de conexão de rede, um dispositivo de controle para controlar a alimentação, e o dispositivo de controle é preparado para executar um método, compreendendo as seguintes etapas:

    determinar uma tensão de gerador virtual usando um modelo de máquina que emula um comportamento de uma máquina síncrona, preparar a tensão de rede detectada para comparação com a tensão de gerador virtual, e predefinir uma corrente de ponto de ajuste como predefinição para a corrente de alimentação como uma função da tensão de gerador virtual e como uma função da tensão de rede preparada para comparação, em que o inversor é preparado para gerar a corrente de alimentação dependendo da corrente de ponto de ajuste e alimentar a corrente de alimentação gerada no ponto de conexão de rede à rede de alimentação de energia elétrica, em que

    Petição 870190093510, de 18/09/2019, pág. 61/70

    7/7 preparar a tensão de rede detectada para comparação com a tensão de gerador virtual compreende transformar a tensão de rede detectada em uma representação de vetor espacial.
17. 17. Instalação de energia eólica de acordo com a reivindicação 16, caracterizada pelo fato de que a instalação de energia eólica, em particular o dispositivo de controle, é preparada para executar um método como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 15.
18. 18. Parque eólico compreendendo uma pluralidade de instalações de energia eólica, caracterizado pelo fato de que instalações de energia eólica como definido na reivindicação 16 ou 17 são usadas e/ou um dispositivo de alimentação de parque, em particular um inversor de parque, é provido, que é conectado a um ponto de conexão de rede e é preparado para executar um método como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 15.