Variable-Speed Wind Turbines with Multi-Pole Synchronous Permanent Magnet Generators. Part I: Modelling in Dynamic Simulation Tools

Abstract

Variable-speed wind turbines are a promising concept for large offshore wind farms. The variable-speed concept can be realised with multi-pole synchronous generators (MPSG) excited by permanent magnets. The main advantages of this concept are that (i) the wind turbines are gearless and (ii) the electrical excitation system is replaced by permanent magnets. The electromagnetic construction of the permanent magnet generators (PMG) is, however, more complex than in conventional concept generators. The PMG are grid-connected through and controlled by their frequency converters. The converter control can be used to stabilise the large wind farm at transient events in the grid to complete the grid specifications of the power system controllers. This article gives an overview of the structural concepts of PMG and explains modelling details of the PMG and their frequency converters.

Coordinated frequency regulation by offshore wind farms and VSC-HVDC transmission

“…At the same time, the grid-side converter controls the DC-link voltage and the reactive power flow to the offshore AC grid. In the traditional control strategy [10], the active power reference Pref is only provided by a maximum power point tracking (MPPT) approach and the wind turbine generator will not respond to grid frequency deviation. However, to implement frequency support, an ancillary frequency control loop [4], [6] is applied to wind turbines as illustrated in Fig.…”

Análise de turbinas eólicas conectadas ao sistema elétrico equipadas com geradores síncronos a ímãs permanentes.

“…Em geradores de fluxo radial, a estrutura comum consiste de um estator cilíndrico externo com suas Isto implica que os geradores de fluxo radial podem ser feitos com diâmetros pequenos e estatores longos [4].…”

“…Não é difícil construir rotores com materiais rígidos na direção radial que suportem as forças no entreferro. No entanto, o entreferro dos geradores de fluxo radial pode ser sensível à expansão térmica do estator e do rotor [4].…”

“…É também relevante para este conceito a discussão feita anteriormente no PMSG de fluxo radial, que deve alcançar uma densidade de fluxo aceitável no entreferro [4]. A Figura 15 (a) mostra a estrutura com excitação a ímãs permanentes montados na superfície.…”

“…Para reduzir o diâmetro do gerador com vários pólos é preciso reduzir o passo polar. Por conseguinte, a espessura axial da secção de disco mostrado na Figura 15, relacionada com o passo polar deve ser relativamente pequena [4].…”