A comunidade internacional vem continuamente alertando sobre os riscos ambientais advindos da emissão de gases de efeito estufa. Considerada uma alternativa limpa, segura e de baixo impacto ambiental, a energia eólica tem se tornado uma alternativa para geração de eletricidade. No Brasil, tem-se realizado grandes investimentos na construção de parques eólicos e seu contínuo crescimento tem motivado a realização de estudos que proponham melhorias no funcionamento do sistema. Devido à característica inconstante do vento, os aerogeradores comerciais utilizados nos parques eólicos frequentemente possuem conversores de potência, desta forma, apresentam características diferentes em relação a sistemas de geração convencionais quando da ocorrência de faltas internas. Este estudo propõe a análise de transitórios eletromagnéticos em aerogeradores que utilizam geradores síncronos associados a conversores de potência, com ênfase nas faltas internas. Para tanto, foi realizado o equacionamento dinâmico do sistema que representa o aerogerador conectado à rede através do conversor back-to-back. A partir das funções de transferências obtidas, foram definidos os ajustes para os controladores através do método simétrico ótimo. Para a validação do sistema de controle foi elaborado o modelo computacional do sistema, a partir do qual foram gerados resultados que possibilitam melhor compreensão da atuação dos controladores e das formas de onda do sistema. Por fim, foram aplicadas faltas em diversos pontos do sistema, gerando como resultados gráficos que apresentam a interação entre as proteções dos conversores, local de ocorrência das faltas, resistência de falta e as grandezas analisadas. / The international community has been continuously warning of environmental risks arising from greenhouse gas emissions. For being considered as a clean, safe and low environmental impact alternative, wind energy has been considered attractive for electricity generation. Brazilian government have made great investments in the construction of wind farms, and its continued growth has motivated studies proposing improvements for the wind power generation systems. Commercial wind turbines used in wind farms, often employ power converters, behaving different from conventional electromechanical generation systems in the event of internal faults. This study proposes the analysis of electromagnetic transients in wind turbines that use synchronous generators in association with power converters, with emphasis in internal faults. For this, the dynamic behaviour of the system representing the wind turbine connected to the network through the backto-back converter was performed. Based on the transfer functions obtained, the settings for the controllers were defined by the optimal symmetric method. In order to validate the control system a computational model was elaborated, from which graphics were generated, allowing a better understanding of the controllers actuation and the waveforms of the system. Finally, faults were applied in multiple points of the system, generating as results, graphs that show the interaction between the protections of the converters, place of occurrence of faults, fault resistance and the parameters analyzed.

A comunidade internacional vem continuamente alertando sobre os riscos ambientais advindos da emissão de gases de efeito estufa. Considerada uma alternativa limpa, segura e de baixo impacto ambiental, a energia eólica tem se tornado uma alternativa para geração de eletricidade. No Brasil, tem-se realizado grandes investimentos na construção de parques eólicos e seu contínuo crescimento tem motivado a realização de estudos que proponham melhorias no funcionamento do sistema. Devido à característica inconstante do vento, os aerogeradores comerciais utilizados nos parques eólicos frequentemente possuem conversores de potência, desta forma, apresentam características diferentes em relação a sistemas de geração convencionais quando da ocorrência de faltas internas. Este estudo propõe a análise de transitórios eletromagnéticos em aerogeradores que utilizam geradores síncronos associados a conversores de potência, com ênfase nas faltas internas. Para tanto, foi realizado o equacionamento dinâmico do sistema que representa o aerogerador conectado à rede através do conversor back-to-back. A partir das funções de transferências obtidas, foram definidos os ajustes para os controladores através do método simétrico ótimo. Para a validação do sistema de controle foi elaborado o modelo computacional do sistema, a partir do qual foram gerados resultados que possibilitam melhor compreensão da atuação dos controladores e das formas de onda do sistema. Por fim, foram aplicadas faltas em diversos pontos do sistema, gerando como resultados gráficos que apresentam a interação entre as proteções dos conversores, local de ocorrência das faltas, resistência de falta e as grandezas analisadas. / The international community has been continuously warning of environmental risks arising from greenhouse gas emissions. For being considered as a clean, safe and low environmental impact alternative, wind energy has been considered attractive for electricity generation. Brazilian government have made great investments in the construction of wind farms, and its continued growth has motivated studies proposing improvements for the wind power generation systems. Commercial wind turbines used in wind farms, often employ power converters, behaving different from conventional electromechanical generation systems in the event of internal faults. This study proposes the analysis of electromagnetic transients in wind turbines that use synchronous generators in association with power converters, with emphasis in internal faults. For this, the dynamic behaviour of the system representing the wind turbine connected to the network through the backto-back converter was performed. Based on the transfer functions obtained, the settings for the controllers were defined by the optimal symmetric method. In order to validate the control system a computational model was elaborated, from which graphics were generated, allowing a better understanding of the controllers actuation and the waveforms of the system. Finally, faults were applied in multiple points of the system, generating as results, graphs that show the interaction between the protections of the converters, place of occurrence of faults, fault resistance and the parameters analyzed.

This dissertation proposes a modeling methodology for Inductive and Capacitive Voltage Transformers (IVT and CVT) for high-frequency electrical transients analysis, up to 3 MHz. The model construction starts from the VT s sweep frequency test, carried out by a commercial Sweep Frequency Response Analyzer (SFRA) with special connections, in order to obtain its short-circuit Admittance Matrix. The SFRA is designed for another purpose, to detect displacement of windings or fault in the magnetic core of power transformers based on voltage transfer analysis. Therefore, due to this fact, the measured data needs to be corrected and recalculated, through and external routine, to adequately represent the proper and mutual admittance values of the Matrix. After its correction, the Admittance Matrix serves as input data to the Matrix Fitting method, a frequency-response approximation tool by means of modified rational functions, which is part of the Vector Fitting (VF) routine, freely available for non-commercial purposes in MATLAB®. The results are an approximated rational function, in state-space or pole-residue model, and a RLC equivalent network proper to be used in electromagnetic transients analysis software, such as the Alternative Transients Program (ATP). The models validation is accomplished based on the comparison between the transient responses of the created model, through simulation in ATP/EMTP, and the IVTs and CVTs laboratory tests when both are submitted to a step function excitation. / Esta dissertação propõe uma metodologia para a modelagem de Transformadores de Potencial Indutivos (TPIs) e Capacitivos (TPCs) para estudos de transitórios eletromagnéticos em altas frequências, na ordem de até 3 MHz. A obtenção dos modelos inicia através do ensaio de varredura em frequência dos TPs utilizando um Sweep Frequency Response Analyzer (SFRA) comercial por meio de conexões especiais de modo a obter as Matrizes de Admitâncias de curto-circuito. Os fabricantes do SFRA projetaram este equipamento com outro objetivo, o da realização de estudos de transferência de tensão, para detectar possíveis deformações mecânicas ou falhas internas em transformadores de potência. Desse modo, os dados obtidos dessa medição necessitam ser corrigidos e recalculados, através de uma rotina externa, a fim de representar adequadamente os valores das admitâncias próprias e mútuas desta Matriz. Uma vez corrigida, essa Matriz de Admitâncias servirá como entrada para inicializar o método do Ajuste Matricial (Matrix Fitting), que é uma ferramenta fundamental para aproximação da resposta em frequência por funções racionais modificadas que integra a rotina de Ajuste Vetorial, disponível livremente para fins não comerciais no MATLAB®. Como resultado, são obtidas sua função racional aproximada, em modelos de espaço de estados ou de polo-resíduo, e uma rede RLC equivalente complexa, propícia para o uso direto em programas de análises de transitórios eletromagnéticos, como o Alternative Transients Program (ATP). A validade dos modelos criados foi verificada por meio da comparação das respostas transitórias dos equivalentes gerados, através de simulações no EMTP/ATP, com os ensaios feitos em laboratório e em campo em TPIs e TPCs quando submetidos a uma excitação com uma função degrau.