O aumento da demanda energética mundial e a necessidade de obtenção de energia por fontes renováveis abriram espaço para discussão sobre vantagens e desvantagens relacionadas às diversas tecnologias de geração existentes. Dados mostram um crescimento significativo do percentual da geração eólica no sistema energético mundial tornando factível o investimento em tecnologias que possam atender às diferenças de aplicação para cada região. Este trabalho apresenta inicialmente as principais características das arquiteturas construtivas dos geradores eólicos listando e apresentando seus principais equipamentos e funções, em seguida são apresentados métodos de controle e proteção aerodinâmica e as principais topologias aplicadas na geração eólica de energia. A discussão das vantagens e desvantagens de cada topologia apontou o gerador Doubly Fed Induction Generator (DFIG) aplicado em sistemas de velocidade variável como uma tecnologia que se destaca pelo seu alto nível de controle e pelo ganho relacionado ao conversor back-to-back de apenas 30% da capacidade de geração da máquina. No trabalho o controle do conversor back-to-back foi testado e validado por simulações e os ajustes dos controladores obtidos pelo método do modelo simétrico ótimo. Em seguida, são apresentados os dispositivos básicos de proteção correlacionados ao monitoramento de corrente, tensão e fluxo de potência e discutidas suas limitações na topologia com o gerador DFIG. No final do trabalho a proteção diferencial é apresentada e aplicada sobre o gerador DFIG e simulações de falta são realizadas em diferentes condições de funcionamento da máquina de modo a obter dados que possam apontar a melhor parametrização deste dispositivo de proteção. / The world energetic demand increase and the generation renewable necessity allowed the dialogue about the advantages and disadvantages of generations technologies existing. Many data shows an significant increase of wind generation inside the world energetic system allowing the investment in technologies to work at the characteristics existing in each place. This study shows the main constructive characteristics in the wind generation showing their main equipments and functions. After, the control and protection aerodynamic methods are shown together with the main topologies in the wind generation. The discussion about the advantages and disadvantages of this topologies showed the DFIG generator working in variable speeds systems like an efficient technology because your accurate control and the low cost of back-to-back frequency inverter. In this study the control of back-to-back converter was tested end validated and the drivers parameters was calculated with the method of the optimal symmetric model. then, are showed some basic protections devices linked with current, voltage and power flow monitoring and yours limitations are discussed in the DFIG topology. In the end the differential protection is showed and applied in the DFIG machine then fault simulations are make to obtain data to produce the best configuration parameters of differential protection.

O aumento da demanda energética mundial e a necessidade de obtenção de energia por fontes renováveis abriram espaço para discussão sobre vantagens e desvantagens relacionadas às diversas tecnologias de geração existentes. Dados mostram um crescimento significativo do percentual da geração eólica no sistema energético mundial tornando factível o investimento em tecnologias que possam atender às diferenças de aplicação para cada região. Este trabalho apresenta inicialmente as principais características das arquiteturas construtivas dos geradores eólicos listando e apresentando seus principais equipamentos e funções, em seguida são apresentados métodos de controle e proteção aerodinâmica e as principais topologias aplicadas na geração eólica de energia. A discussão das vantagens e desvantagens de cada topologia apontou o gerador Doubly Fed Induction Generator (DFIG) aplicado em sistemas de velocidade variável como uma tecnologia que se destaca pelo seu alto nível de controle e pelo ganho relacionado ao conversor back-to-back de apenas 30% da capacidade de geração da máquina. No trabalho o controle do conversor back-to-back foi testado e validado por simulações e os ajustes dos controladores obtidos pelo método do modelo simétrico ótimo. Em seguida, são apresentados os dispositivos básicos de proteção correlacionados ao monitoramento de corrente, tensão e fluxo de potência e discutidas suas limitações na topologia com o gerador DFIG. No final do trabalho a proteção diferencial é apresentada e aplicada sobre o gerador DFIG e simulações de falta são realizadas em diferentes condições de funcionamento da máquina de modo a obter dados que possam apontar a melhor parametrização deste dispositivo de proteção. / The world energetic demand increase and the generation renewable necessity allowed the dialogue about the advantages and disadvantages of generations technologies existing. Many data shows an significant increase of wind generation inside the world energetic system allowing the investment in technologies to work at the characteristics existing in each place. This study shows the main constructive characteristics in the wind generation showing their main equipments and functions. After, the control and protection aerodynamic methods are shown together with the main topologies in the wind generation. The discussion about the advantages and disadvantages of this topologies showed the DFIG generator working in variable speeds systems like an efficient technology because your accurate control and the low cost of back-to-back frequency inverter. In this study the control of back-to-back converter was tested end validated and the drivers parameters was calculated with the method of the optimal symmetric model. then, are showed some basic protections devices linked with current, voltage and power flow monitoring and yours limitations are discussed in the DFIG topology. In the end the differential protection is showed and applied in the DFIG machine then fault simulations are make to obtain data to produce the best configuration parameters of differential protection.

Orientador: Dra. Ahda Pionkoski Grilo Pavani / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2016. / Os Geradores de Indução Duplamente Alimentados, em inglês Doubly Fed Induction Generator DFIG, representam uma das tecnologias mais empregadas em sistemas eólicos. Devido à natureza intermitente do vento, o controle convencional usado por esses geradores procura operar o gerador em um ponto que garanta a máxima extração de potência da turbina eólica. Entretanto, usando apenas esta filosofia de controle, não é possível que estes geradores participem do controle de frequência da rede elétrica, pois o sistema mecânico e o sistema elétrico estão desacoplados devido à ação do conversor Back-to-Back. Como consequência, o DFIG não apresenta resposta de inércia. No entanto, em sistemas elétricos com alta penetração de geração eólica, ou sistemas que operam de forma ilhada como microrredes, a resposta de inércia do gerador eólico permite um melhor comportamento da frequência elétrica. Neste contexto, neste trabalho é estudado e analisado o comportamento do Gerador de Indução Duplamente Alimentado DFIG contribuindo para o suporte de frequência de uma microrrede, formada a partir de um ilhamento intencional. Para isso, foram realizadas simulações computacionais com ocorrência de ilhamento intencional, em que uma parte da rede de distribuição passa a operar de forma ilhada alimentada por um DFIG e um gerador síncrono. Com os resultados é possível analisar o desempenho do DFIG no suporte de frequência da rede elétrica considerando diferentes metodologias / Doubly Fed Induction Generators DFIG, represent one of the most used in wind power systems technologies. Due to the intermittent nature of wind, the conventional control used by these generators to operate the demand generator at a point that ensures maximum power extraction of the wind turbine. However, using only this control philosophy, it is not possible that these generators participate in frequency control the power supply for the mechanical system and the electrical system are uncoupled due to the action of the Back-to-Back converter. Consequently, the DFIG has not inertia response. However, in electric systems with high penetration of wind power generation, or systems that operate islanded micro-grids way, the wind power generator inertia response allows a better behavior of the electrical frequency. In this context, this work is studied and analyzed the Doubly Fed Induction Generator DFIG behavior contributing to the frequency support of a micro-grids formed from an unintentional islanding. To this end, computer simulations were performed with the occurrence of unintentional islanding, wherein a part of the distribution network shall operate islanded form fed by a DFIG and a synchronous generator. With the results it is possible to analyze the performance of DFIG in the grid frequency support considering different methodologies.

Submitted by Marco Aurelio Rocha (rochamarco.eng@gmail.com) on 2018-04-19T12:44:32Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_Marco_Rocha_FINAL.pdf: 4334808 bytes, checksum: bcc84d54c373bafcb2362766219becac (MD5) / Approved for entry into archive by Minervina Teixeira Lopes null (vina_lopes@bauru.unesp.br) on 2018-04-19T18:51:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 rocha_ma_me_bauru.pdf: 4334226 bytes, checksum: d2b0086eaa88031ec113f8e0a415c74c (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-19T18:51:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 rocha_ma_me_bauru.pdf: 4334226 bytes, checksum: d2b0086eaa88031ec113f8e0a415c74c (MD5) Previous issue date: 2018-03-27 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Esta dissertação apresenta a análise, modelagem e controle vetorial de um sistema de geração eólica tendo um gerador de indução duplamente alimentado como máquina primária e equipado com um conversor back-to-back para gerenciamento da potência entregue ou absorvida da rede elétrica, independentemente do tipo de carga instalada, por meio de compensação de reativos e filtragem ativa das correntes da rede. Para atingir este objetivo, a modelagem do sistema, bem como o projeto dos controladores foram desenvolvidos no ambiente de simulação Matlab®/Simulink®, em que o controle do conversor do lado do rotor realiza a regulação do torque e o controle de potência ativa e reativa, enquanto que o controle do conversor do lado da rede tem a função de manter a tensão do link-CC constante e produzir fator de potência unitário, compensando reativos oriundos do sistema de geração eólica e da carga instalada e atuando como um filtro ativo de potência, melhorando o índice de distorção harmônica da corrente da rede. Além disso, controladores proporcionais-ressonantes foram utilizados a fim de mitigar harmônicos gerados pelo conversor atuando no modo retificador. Também foi realizado o controle do ângulo de passo das pás da turbina, com a finalidade de obter a máxima potência para qualquer velocidade do vento. Os resultados obtidos permitiram avaliar o desempenho dos controladores, de modo que o fator de potência foi mantido unitário para variações abruptas de carga. Tem-se compensação harmônica para cargas não-lineares sendo extraída e gerada a máxima potência oriunda do vento. / This dissertation presents the analysis, modeling and vector control of a wind power system with a doubly-fed induction generator as a primary machine and equipped whit a back-to-back converter to manage power delivered to or absorbed from the grid, independently of the installed load type, through reactive compensation and active filtering of grid currents. To achieve this goal, the system modelling and the controller design was developed in the Matlab®/Simulink® software, where the rotor-side converter control regulates torque and control active and reactive power. The grid-side converter control has the function of maintaining the DC link voltage constant and produce unit power factor, compensating reactive power from the wind generation system and the installed load and acting as an active power filter, which improves the total harmonic distortion of the grid current. In addition, proportional-resonant controller was used to mitigate harmonics generated by the converter acting in the rectifier mode. The pitch angle controller also was made in order to obtain the maximum power for any wind speed. The results obtained allowed to evaluate the performance of the controllers, so that the power factor was unit for abrupt loads variation, there was harmonic compensation for nonlinear loads and the maximum power from the wind was extracted and generated. / CNPq: 13.2999/2016-1

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:56:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ErnanoAJ_DISSERT.pdf: 1903927 bytes, checksum: 0bb4c95cc8f08d85b6af9c71ab44494b (MD5) Previous issue date: 2014-07-11 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / Currently, there are several power converter topologies applied to wind power generation. The converters allow the use of wind turbines operating at variable speed, enabling better use of wind forces. The high performance of the converters is being increasingly demanded, mainly because of the increase in the power generation capacity by wind turbines, which gave rise to various converter topologies, such as parallel or multilevel converters. The use of converters allow effective control of the power injected into the grid, either partially, for the case using partial converter, or total control for the case of using full converter. The back-to-back converter is one of the most used topologies in the market today, due to its simple structure, with few components, contributing to robust and reliable performance. In this work, is presented the implementation of a wind cogeneration system using a permanent magnet synchronous generator (PMSG) associated with a back-to-back power converter is proposed, in order to inject active power in an electric power system. The control strategy of the active power delivered to the grid by cogeneration is based on the philosophy of indirect control / Existem diversas topologias de conversores de pot?ncia aplicadas a sistemas de gera??o de energia e?lica. Os conversores permitem a gera??o de energia com turbinas e?licas em condi??es de velocidade vari?vel do vento, possibilitando um aproveitamento de forma mais eficaz das for?as do vento. A utiliza??o dos conversores possibilita o controle efetivo da pot?ncia injetada na rede, seja de maneira parcial, no caso de utiliza??o de conversores parciais, ou controle total, no caso de utiliza??o de conversores completos. O alto desempenho dos conversores vem sendo cada vez mais necess?rio, principalmente quando se busca a eleva??o da capacidade de gera??o de pot?ncia por parte das turbinas e?licas, o que fez surgir diversas novas topologias de conversores, sejam conversores paralelos ou multin?veis. O conversor na configura??o back-to-back ? um dos mais utilizados no mercado atualmente, devido ? sua estrutura simples, com poucos componentes, contribuindo assim para um desempenho robusto e confi?vel. Neste trabalho, apresenta-se a implementa??o de um sistema de cogera??o e?lica utilizando um gerador s?ncrono a ?m? permanente (PMSG) associado a um conversor de pot?ncia na topologia back-to-back, de maneira a injetar pot?ncia ativa em um sistema el?trico de pot?ncia. A estrat?gia do controle da pot?ncia ativa fornecida pela cogera??o ? rede el?trica ? baseada na filosofia do controle indireto

Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-05-15T18:53:08Z No. of bitstreams: 1 gabrielazevedofogli.pdf: 14398243 bytes, checksum: 29f4f96b36d404d928ede5833fc882f8 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-05-22T14:44:16Z (GMT) No. of bitstreams: 1 gabrielazevedofogli.pdf: 14398243 bytes, checksum: 29f4f96b36d404d928ede5833fc882f8 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-22T14:44:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 gabrielazevedofogli.pdf: 14398243 bytes, checksum: 29f4f96b36d404d928ede5833fc882f8 (MD5) Previous issue date: 2018-03-26 / Este trabalho apresenta um estudo sobre a integração de uma fonte despachável, baseada em um grupo motor gerador diesel, em uma microrrede em corrente alternada através de um conversor de dois estágios, formado por dois conversores fonte de tensão em conexão back-to-back. A microrrede pode operar conectada à rede secundária de distribuição, injetando a potência ativa proveniente da fonte despachável, ou de modo isolado. Para este segundo caso, duas estratégias de funcionamento são propostas. A primeira interliga diretamente o grupo motor gerador ao barramento de cargas, enquanto o conversor de dois estágios funciona como filtro ativo de potência. A outra opção consiste em utilizar o conversor de dois estágios no modo formador de rede, alimentando o barramento de cargas. Como cada uma das unidades que compõem o conversor de dois estágios tem uma finalidade, os controladores utilizados de cada um dos lados possuem particularidades. O conversor conectado aos terminais do grupo motor gerador é responsável por drenar correntes senoidais e regular a tensão do barramento de corrente contínua. Para este conversor é utilizado um controlador proporcional—integral, projetado no sistema de coordenadas síncrono. Uma estratégia de compensação dos parâmetros do tempo morto dos interruptores semicondutores foi implementada para reduzir a geração de harmônicos não característicos. Do outro lado, no conversor de saída, responsável pela integração com a rede secundária, foi utilizado um controlador proporcional—integral, projetado no sistema de coordenadas síncrono, com múltiplos integradores, adicionados para compensar correntes harmônicas. De acordo com o modo de funcionamento do sistema é utilizado um método para obtenção das correntes de referência. Quatro modos de funcionamento podem ser aplicados neste sistema: (i) alimentador de rede, (ii) formador de rede, (iii) auxiliador de rede e (iv) condicionador de rede. Para o modo Formador de Rede faz-se necessário a inclusão de uma malha de controle externa projetado para regular a tensão CA no barramento de cargas. Resultados experimentais são apresentados para validar os modelos matemáticos e as estratégias de controle usadas neste trabalho. Todo o algoritmo de controle é implementado em um controlador digital de sinais TMS320F28335 fabricado pela Texas Instruments. / This document presents a study on dispatchable source based on Diesel Gen-set connected to AC microgrid. The Diesel generator is connected to network grid through two-stage converter composed of two Voltage-sourced converters in back-to-back (B2B-VSC) connection. The AC microgrid can operate in a grid-connected mode, injecting active power from the dispatchable source, or in an isolated mode. In the second case, two operating conditions are proposed, in which the first option interconnects Diesel gen-set direct to load bus and B2B-VSC works as Active Power Filter. Another option is to operate the B2B-VSC as grid—former. Due the fact that each converter of B2B-VSC has a specific goal, different control strategies are used for each one. The VSC connected to Diesel generator terminals is responsible to drain sinusoidal currents and to regulate the DC voltage. In the this converter, PI—SRF Controller is applied in a inner current control loop together with a dead-time compensation strategy. In the other side of B2B-VSC, responsible of multi-task control, is applied a control strategy modelled in a synchronous coordinate system with multiple integrators to mitigate the harmonic currents. According to the operation mode is used a different current reference is given. Four operation modes can be used in this microgrid: (i) grid-feeding, (ii) grid-forming, (iii) grid-supporting and (iv) grid-conditioning. In grid—forming mode an outer loop is added to regulate the AC load bus voltage. Experimental results are presented to validate the mathematical modelling and controller strategies. Finally, suggestions to continue this research are proposed. The control algorithm is implemented in a digital signal processor TMS320F28335 made by Texas Instruments.