Orientador: Prof. Dr. Alfeu Joãozinho Sguarezi Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2015.

Profa. Dra. Ahda Pionkoski Grilo Pavani / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Energia, 2016. / Neste trabalho foi desenvolvida uma metodologia de controle que permite ao gerador de indução duplamente alimentado, do inglês: doubly fed induction generator - DFIG, compensar os desequilíbrios de tensão do ponto de conexão do gerador com a concessionária. Para isso, foram consideradas a configuração série do DFIG, em que o conversor do lado da rede está conectado em série, e a configuração tradicional do DFIG com um restaurador dinâmico de tensão associado a ela. A metodologia de controle proposta permite compensar o desequilíbrio de tensão e minimiza as oscilações de torque produzidas por correntes desequilibradas no gerador, as quais podem reduzir a sua vida útil. Além disso, foi proposta uma solução para a operação no regime subsíncrono do DFIG na configuração série, na qual a saturação do fluxo concatenado, devido à elevação da tensão do estator, é uma limitação. A modelagem das metodologias propostas e simulações foram feitas em ambiente Matlab - Simulink, onde foram gerados os resultados necessários para sua validação. / In the present work it has been developed a control methodology allowing to the Doubly Fed Induction Generator (DFIG) to compensate the voltage unbalance at the Point of Commom Coupling (PCC). This methodology was implemented in the series configuration of the DFIG, which the Grid Side Converter is series connected to the grid, and in the traditional configuration of the DFIG with a Dynamic Voltage Restorer associated. The proposed methodology allows compensating the voltage unbalance at the PCC and reduces the electromagnetic toque oscillations produced by the unbalanced currents at the generator windings, which can compromise the machine service life. Furthermore, it has been proposed a solution to avoid increasing the stator voltage at the subsynchronous operation of the series configuration of the DFIG, which is a limitation due to the saturation of the electromagnetic flux. The proposed methodologies were modeled and simulated at the Matlab - Simulink environment, where the results required for the methodology validation was obtained.

Orientador: Prof. Dr. Jesus Franklin Andrade Romero. / Tese ( doutorado)- Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Energia, 2016.

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.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In the last decade there has been a significant increase in interest in microgeneration technologies for electric power. Sources of hydraulic power generation, wind and solar technologies represent some of the important developments that have had arising from the research efforts aimed at this area of power generation. The reason for this interest is due to the consolidation of what is called future in terms of power generation, which is based on decentralization of power generation through interconnected centers of small generators / consumers. At distribution level, distributed generation sources, together with the loads connected to its bus, forms what is defined as a microgrid. Depending on the instantaneous load and installed generation capacity, a microgrid can behave as a point of consumption or generation of energy at different times, being able to operate also connected to the network or islanded form according to the quality energy supplied or need in case of system failure. Among the technologies of microgeneration, micro hydro power plants with selfexcited induction generators (SEIG) came to represent an excellent option for electricity generation in isolated areas, mainly due to its characteristics of robustness and low cost, compared to synchronous machines. It is an alternative to the use of synchronous generators in low-power systems powered by small hydroelectric plants, rich in our country. In this sense, this Master's thesis deals with the modeling and control of a micro hydro power plant with SEIG with frequency and voltage control. The frequency control is achieved by controlling the opening of the feeding system of the turbine while the voltage control is performed through the control of reactive power of the set, using for this a Pulse Width Modulated (PWM) inverter. 10 Based on these definitions and knowledge acquired, it was proposed a system to be implemented experimentally, consisting of a micro hydro power plant, in this case a motor driven by a voltage PWM inverter, emulating the behavior of a turbine coupled to the induction generator. The terminals of the SEIG feed a bus where loads with different characteristics are connected, featuring a microgrid, having as main goal the control of the voltage and frequency stability of the energy supplied by the generator to the isolated system. Among the studies developed for the implementation of the prototype is possible to highlight: three-phase system modeling, hydraulic system modeling, voltage and frequency control, and synchronization method. Throughout this paper, simulations and experimental results are presented in order to be demonstrated the applicability of control methods, their performance and technical feasibility of the system. / Na última década houve um aumento significativo no interesse em tecnologias aplicáveis a microgeração de energia elétrica. Fontes de geração de energia hidráulicas, eólicas e solares representam algumas das tecnologias que tiveram importantes evoluções decorrentes dos esforços em pesquisas destinados a esta área de geração de energia. A razão para tal interesse se deve a consolidação do que é chamado futuro em termos de geração de energia, sendo este baseado na descentralização da geração de energia através de redes interligadas de pequenos centros geradores/consumidores. A nível de distribuição, as fontes de geração distribuída, juntamente com as cargas conectadas ao seu barramento, formariam o que é definido como uma micro-rede. Dependendo da carga instantânea e da capacidade de geração instalada, uma micro-rede pode comportar-se como um ponto de consumo ou de geração de energia em diferentes momentos, sendo capaz também de operar conectada à rede ou de forma ilhada de acordo com a qualidade da energia fornecida ou necessidade do sistema em caso de falta. Dentre as tecnologias de microgeração, as micro centrais hidrelétricas (MCH) com geradores de indução auto-excitados (GIAE) passaram a representar uma excelente opção para a geração de energia elétrica em áreas isoladas, devido basicamente as suas características de robustes e baixo custo, quando comparadas às máquinas síncronas. Trata-se de uma alternativa ao uso de geradores síncronos em sistemas de baixa potência acionados por pequenos aproveitamentos hidrelétricos, ricos em nosso território nacional. Neste sentido, a presente Dissertação de Mestrado trata da modelagem e controle de uma MCH com GIAE com controle de frequência e tensão. O controle de frequência é obtido a partir do controle de abertura do sistema de alimentação da turbina enquanto que, o controle de tensão é realizado a partir do controle da potência reativa do conjunto, utilizando para isso um inversor de tensão. Partindo destas definições e dos conhecimentos adquiridos, foi proposto um sistema a ser implementado experimentalmente, composto de uma micro central hidrelétrica, neste caso um motor acionado por um inversor de tensão, emulando o comportamento de uma turbina hidráulica, acoplado ao gerador de indução. Os terminais do GIAE alimentam um barramento onde são conectadas cargas com características distintas, caracterizando uma micro-rede, tendo como objetivo o controle da estabilidade da tensão e frequência da energia fornecida pelo gerador ao sistema isolado. Dentre os estudos desenvolvidos para a implementação do protótipo é possível destacar: modelagem do sistema trifásico considerado, modelagem do sistema hidráulico, controle de tensão e frequência e método de sincronismo. Ao longo desta dissertação, resultados de simulações e experimentais são apresentados, a fim de que, seja demonstrada a aplicabilidade dos métodos de controle, seus desempenhos e a viabilidade técnica do sistema.

Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andre da Silva Correa.pdf: 3150015 bytes, checksum: 8df17c41e03f4cea1d464cb6c5d5b970 (MD5) Previous issue date: 2015-02-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Given the increased contribution of wind farms under complementarity the generating units of electricity derived from petroleum, thermoelectric or hydroelectric energy matrix constituents of countries around the world, this dissertation investigates the advantages and disadvantages between the two main topologies currently used by rogue wind generation. Comparisons between the Doubly Fed Induction Generator and Permanent Magnet Generator are developed in order to establish the different dynamic behavior of each type of wind unit. The constituent parts of wind turbines are studied, performed the modeling and usual control methods are discussed. The simulations were performed in a computer program Matlab / Simulink® whose control models were developed according to the literature, as well as the respective block diagrams for each model. / Diante do crescimento da contribuição dos parques eólicos em regime de complementaridade às unidades geradoras de energia elétrica derivadas de petróleo, termoelétricas ou hidroelétricas constituintes da matriz energética de países espalhados pelo mundo, a presente dissertação de mestrado investiga as vantagens e desvantagens entre as duas principais topologias utilizadas atualmente para geração eólica. São estabelecidas comparações entre o Gerador de Indução Duplamente Alimentado e o Gerador de Ímãs Permanentes, a fim de se estabelecer os diferentes comportamentos dinâmicos de cada tipo de unidade eólica. São estudadas as partes constituintes de aerogeradores, realizadas as modelagens e discutidos os métodos de controle usuais. As simulações foram realizadas em programa computacional Matlab/Simulink®, cujos modelos de controle foram desenvolvidos de acordo com a literatura, assim como os respectivos diagramas de bloco para cada modelo.

This work demonstrates the theoretical and experimental feasibility of a induction generator to work as an attenuator of the harmonics in main generators of on the electric power system, i.e., the synchronous generators. The induction and synchronous machines were analyzed in physical terms and established mathematical modeling in the frequency domain in order to prove the purpose of the thesis. Computer simulations were also carried out in the time domain and laboratory tests were made to check levels of attenuation of current harmonics (THDi) in accordance with the maximum standardized voltage harmonic distortion (THDv). Furthermore, this work presents a study of technical and economical feasibility of a typical application. / Este trabalho demonstra a viabilidade teórica e experimental de um gerador de indução funcionar como um atenuador dos harmônicos nos geradores principais do sistema elétrico de potência, ou seja, os geradores síncronos. Foram analisadas as máquinas de indução e síncronas do ponto de vista físico e estabelecidas modelagens matemáticas no domínio da frequência, a fim de comprovar o objetivo da tese. Foram realizadas também´em, simulações computacionais no domínio do tempo e ensaios em laboratório para verificar os n´níveis de atenuação de harmônicos de corrente (THDi) em conformidade com os limites máximos de distorções harmônicas de tensão (THDv) normalizados. Apresenta-se também neste trabalho um estudo de viabilidade técnica e econômica de uma aplicação típica. / Doutor em Ciências

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:22Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-02-25Bitstream added on 2014-06-13T19:19:06Z : No. of bitstreams: 1 zamperin_jlb_me_ilha.pdf: 774102 bytes, checksum: 31d8e9b6caa4fd749316a7a51919fa50 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Propõe-se neste trabalho o desenvolvimento de uma metodologia analítica para análise do desempenho dinâmico/transitório dos geradores de indução conectados ao sistema de energia elétrica. O método proposto para o estudo da estabilidade das máquinas de indução baseia-se no monitoramento da tensão interna E' durante o período transitório do sistema, a qual pode comprometer a capacidade de transmissão de potência na linha, com consequente colapso da estabilidade da máquina. Deste modo, faz-se a análise do desempenho transitório da máquina pela observação da grandeza em que efetivamente reside a causa da instabilidade. O método desenvolvido foi validado por meio de simulações digitais, em duas configurações do sistema: o primeiro caso, desprezando o suporte de potência reativa, para efeito de análise nos estudos de estabilidade transitória. No segundo, é realizada a compensação dinâmica de potência reativa via SVC (Static Var Compensator). Neste caso, mesmo na presença do compensador variável de reativo, o método da tensão interna revelou-se capaz de avaliar novos limites de estabilidade para o sistema. Considerados os resultados obtidos, observa-se que o método proposto apresenta resultados suficientemente precisos para avaliar o comportamento dos geradores de indução conectados à rede elétrica / This dissertation proposes the development of an analytical methodology for analysis of dynamic/transient performance of an induction generator connected to a bulk power system. The proposed method for studying the stability of induction machines is based on monitoring the internal voltage named E' since during the transient system, its magnitude may decrease and so causing degeneration of the transmission system capability, with consequent collapse of machine stability. Thus it is the analysis of transient performance of the machine by observing the variable that is actually the cause of instability. The analytical method was validated by means of digital simulations, in two system configurations: in the first case, no reactive support is considered, and the purpose is to analyse the machine transient stability itself. In the second, a reactive support is provided by means of the dynamic reactive compensation via SVC (Static Var Compensator). In this case, even in the presence of variable reactive compensator, the method of internal voltage proved to be able to properly assess new stability limits. The results so obtained lead to the indication that the proposed method results are accurate enough in order to evaluate the behavior of induction generators, connected to the power grid

Orientador: Prof°. Dr Alfeu Joãozinho Sguarezi Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2017. / Esta dissertação apresenta o controle preditivo aplicado ao gerador de indução conectado à rede elétrica com emprego de conversor back to back. Nesse caso, o conversor conectado ao gerador é acionado pela técnica de controle preditivo direto de torque. Por sua vez, o conversor da rede é acionado pelo controle preditivo direto de potência. Os controladores são projetados com base em modelo matemático dinâmico discretizado do gerador e da rede. Para validação do sistema proposto, foram implementadas no Sim- PowerSystems do Matlab/Simulink R os modelos matemáticos e os algoritmos de predição. Por m, foram também realizado teste experimentais no laboratório da universidade. Os resultados obtidos serão apresentados a m de demonstrar a melhora na resposta dinâmica do gerador. Para os resultados de simulação foi possível validar a melhora na corrente injetada na rede em comparação às técnicas tradicionais. / This dissertation presents the predictive control applied to the induction generator connected to the electric grid with the back-to-back converter. In this case, the converter connected to the generator is driven by the predictive direct torque control technique and the grid converter is driven by predictive direct power control. The controllers are designed from discrete dynamic generator and grid mathematical model. For the validation of the proposed system, mathematical models and prediction algorithms were implemented in SimPowerSystems of Matlab / Simulink R. Finally, experimental tests were also carried out in the university laboratory. The results obtained will be presented to present the improvement in the dynamic response of the generator, and for the simulation results, it was possible to validate the improvement in the current injected into the grid in relation to the traditional techniques.

Orientador: André Luiz Andreoli / Resumo: Nos últimos anos, questões relacionadas ao meio ambiente, principalmente, ao uso de combustíveis fósseis e à emissão de gases poluentes na atmosfera, ganharam grande destaque internacional. Com os avanços da comunidade científica e o aumento no preço do petróleo no começo da década de 1970, o uso de fontes renováveis, não poluentes e limpas teve grande investimento por parte de diversos países. Nesse contexto, a geração eólica vem se destacando como uma das mais promissoras, especialmente devido a sua viabilidade econômica e ao seu rápido desenvolvimento tecnológico. Entre as diferentes topologias utilizadas nos sistemas de geração eólica, destaca-se a configuração elaborada para operação em velocidade variável, que emprega o gerador de indução duplamente alimentado (DFIG), associado ao conversor eletrônico back-to-back para controle de sua operação. Como principais vantagens da utilização do DFIG, destacam-se sua maior eficiência na conversão de energia, menor estresse mecânico do rotor, controle independente de potência ativa e reativa limitada a valores típicos de 30% da potência nominal. Por outro, sabe-se que, durante a ocorrência de um distúrbio, as correntes do rotor podem atingir altas magnitudes e causar danos ao conversor. Além disso, sobretensões no capacitor do elo CC ocorrem devido à perda de capacidade de transferência de energia do conversor do lado da rede. Entretanto, os aerogeradores podem ser requisitados a permanecerem em funcionamento mesmo durante uma fa... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In the last years, issues related to the environment, especially the use of fossil fuels and the emission of polluting gases into the atmosphere, have gained great international prominence. With the advances of scientific community and the increase of the oil price in the beginning of the 1970s, the use of renewable, non-polluting and clean sources had a great investment by several countries. In this context, wind generation has stood out as one of the most promising, especially due to its economic viability and its fast technological development. Among the different topologies used in wind generation systems, the configuration developed for operation at variable speed is highlighted, which employs the doubly-fed induction generator (DFIG) associated with back-to-back electronic converter to control its operation. The main advantages of using DFIG include its greater efficiency in energy conversion, less mechanical rotor stress, independent control of active and reactive power limited to typical values of 30% of the rated power. On the other hand, it is known that, during the occurrence of a disturbance, such as an electrical fault, the rotor currents can reach high magnitudes in order to damage the rotor side converter. In addition, overvoltages in the DC link capacitor occur due to the loss of power transfer capacity on grid side converter. However, wind turbines may be required to main in operation even during a fault, in addition to contributing the restoration of voltage... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre