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: Prof. Dr. Ahda Pionkoski Grilo Pavani / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2014. / O ilhamento não intencional ocorre quando a proteção não é capaz de detectar a operação ilhada de parte do sistema de distribuição. Estas falhas ocorrem para condições específicas de geração e carga do subsistema ilhado, nas quais as variações de tensão e frequência após o ilhamento não são suficientes para sensibilizar a proteção. Neste trabalho é apresentada uma metodologia para o cálculo do índice de risco de ilhamento não intencional de geradores eólicos distribuídos, considerando que estes geradores empregam relés de sub/sobrefrequência e sub/sobretensão para proteção anti-ilhamento. A metodologia desenvolvida utiliza curvas características de velocidade de vento de uma região e curvas de carga para identificar as possíveis condições de operação do sistema. Com a aplicação da metodologia proposta é possível avaliar o risco da proteção anti-ilhamento baseada em relés de sub/sobretensão e sub/sobrefrequência não detectar o ilhamento. Como resultado, a concessionária poderá avaliar se somente a proteção anti-ilhamento baseada nestes relés é suficiente, ou se devido ao alto risco de não detecção esquemas mais sofisticados devem ser empregados. / The unintentional islanding occurs when the protection is not able to detect the islanded part of the distribution system operation. These failures occur for specific conditions of generation and load islanded subsystem in which the variations of voltage and frequency after islanding are not sufficient to sensitize protection. In this work a methodology to calculate the unintentional islanding risk index of distributed wind generators is presented, considering that these generators employ under/overfrequency and under/overvoltage protection relays for anti-islanding. The methodology uses the characteristic curves of wind speed in a region and load curves to identify the possible operating conditions of the system. Proposed methodology can assess the risk of anti-islanding protection based on under/overvoltage and under/overfrequency relays not detect islanding condition. As a result, the utility can only assess whether the anti-islanding protection based on these relays is sufficient, or if due to the high risk of failure to detect more sophisticated schemes must be employed.

Dissertação(mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Oceânica, Escola de Engenharia, 2006. / Submitted by Lilian M. Silva (lilianmadeirasilva@hotmail.com) on 2013-04-14T23:00:46Z No. of bitstreams: 1 acunha,i.c.pdf: 3231145 bytes, checksum: 59b7e3a2e51d332d1eb99c5b968beb88 (MD5) / Approved for entry into archive by Bruna Vieira(bruninha_vieira@ibest.com.br) on 2013-06-04T16:01:13Z (GMT) No. of bitstreams: 1 acunha,i.c.pdf: 3231145 bytes, checksum: 59b7e3a2e51d332d1eb99c5b968beb88 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-06-04T16:01:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 acunha,i.c.pdf: 3231145 bytes, checksum: 59b7e3a2e51d332d1eb99c5b968beb88 (MD5) Previous issue date: 2006 / O objetivo deste trabalho é analisar o desempenho de um gerador eólico de pequeno porte. Para isto foi instalado um aerogerador de velocidade variável com potência nominal de 250 W. O aerogerador utiliza o sistema de estol ativo para controle de rotação e proteção, maximizando a eficiência aerodinâmica, minimizando a complexidadee os custos de fabricação do sistema os quais poderiam ser impeditivos à geração de energia com estes equipamentos em função da sua pequena capacidade de geração. Para monitoramento do sistema foi instalada uma torre anemométrica contendo dois anemômetros de três conchas, um sensor de direção do tipo leme direcional e um sistema de aquisição e armazenamento de dados (data logger), um amperímetro tipo alicate utilizado para medição da corrente elétrica e um voltímetro para medição da tensão, ambos com um sistema de armazenamento de dados e um medidor de energia. Com os dados de vento medidos no local e a potência convertida, calculada através da tensão e corrente elétrica produzida pelo aerogerador foi construída acurva de potência deste e comparada com a curva de potência fornecida pelo fabricante, onde concluímos que o desempenho deste foi muito próximo do desempenho apresentado pelo fabricante, sendo em algumas situações superior. O gráfico do coeficiente de potência deste aerogerador foi construído a fim de verificar a relação entre a potência real convertida e o potencial eólico disponível para as diversas velocidades do vento experimentadas. Com os dados de vento tratados estatisticamente utilizando a função densidade de probabilidade de Weibull e a curva de potência, foi calculada aenergia convertida pelo aerogerador e o seu fator de capacidade, o qual representa a relação entre a energia convertida pelo aerogerador em um certo intervalo de tempo e a energia existente no vento para o mesmo intervalo. Foi concluído que o aerogerador possui um desempenho aceitável para as velocidades do vento a que o mesmo foi submetido durante a operação. / This study aims to analyze the performance of a small wind turbine. Thus, it was set up a wind turbine of variable speed with nominal power of 250W. The wind turbine uses the active stall system to control rotation and protection, maximizingthe aerodynamic efficiency, minimizing the complexity and the manufacturing costs of the system, which could be hindering for energy production with such equipment once it has a small generation capacity. In order to monitor the system it was installed an anemometric tower with two anemometers of three shells, a direction sensor with directional rudder and a data acquisition and storing system (data logger), an amperimeter pincers-typeused for measuring electric current and one voltmeter for tension measuring, both with a data storing system and an energy gauger. With the data from wind measured in the place and the power converted, calculated by tension and electric current produced by the wind turbine, it was built its power curve and compared with power curve provided by the marker, where weconcluded that the performance of this wind turbine was very close to the performance shown by the marker, and on some occasions even higher. The graphic of the power coefficient of this wind turbine was constructed in order to examine the relation between the real power converted and the wind power available for the different wind velocities. With the data from the wind statistically seen using the function of Weibull`s density of probability and the power curve, it was calculated the converted energy by the wind turbine and its capacity factor, which represents the relationship between the wind turbine converted energy and the available wind energy at the same time interval. We conclude that, by the power coefficient that the wind turbine performs acceptable within the wind speeds under which it was submitted during the operation.

Considerando condições anormais que o Sistema Elétrico de Potência (SEP) está sujeito, a proteção de seus elementos é um tópico importante. Dentre os equipamentos a serem protegidos, destacam-se os geradores devido a representarem elevado custo de investimento e estarem sujeitos a multas por paradas não programadas. Desta forma, com base em pesquisa bibliográfica, observa-se que não existem estudos abrangentes para a proteção individual de máquinas síncronas aplicadas à geração eólica. Além disso, considerando o contexto das smart grids, a presença de baterias e a possibilidade da operação ilhada podem alterar a dinâmica das situações de falta. Portanto, faz-se necessário um estudo do comportamento dos aerogeradores em situações de falha, sabendo que o esquema de proteção depende do tipo de gerador e da maneira como este está conectado ao SEP. Neste sentido, esta pesquisa propôs incluir uma bateria para operar com um gerador eólico de velocidade variável de forma complementar, suavizando a potência de saída e tornando o sistema de conversão de energia eólica forte o suficiente para operar no modo ilhado. A metodologia estabelece vários tipos de falhas para investigar o comportamento da turbina eólica em tais condições. Para realizar as simulações de falta, foi utilizado um simulador digital de tempo real (RTDS®). Com base nisso, um esquema composto por funções de proteção convencionais foi especificado e testado usando o software MATLAB®. Além disso, simulações em laço fechado foram realizadas com relés comercial e universal. Os resultados obtidos com o esquema proposto são bastante promissores. / Considering abnormal conditions to which the Electric Power System (EPS) may be subjected, the protection of its elements is an important topic. Among the equipments to be protected, the generators are highlighted, because they represent a high investment cost and are subjected to penalties for unscheduled stoppages. Hence, based on literature, it is observed that there are no comprehensive studies and standards for individual protection of Synchronous Generators (SGs) applied to Wind Energy Conversion System (WECS). Furthermore, considering the smart grids context, the presence of batteries and the possibility of island operation may change the dynamic of fault situations. Therefore, it is necessary to study and analyse the behavior of wind turbines in fault situations, knowing that the protection scheme is dependent on the generator type and the way it is connected to the EPS. In order to study these issues, this research proposed to include a battery to operate with a full-variable speed wind generator in a complementary way, smoothing the output power and making the WECS strong enough to operate in the island mode. The methodology establishes several fault types to investigate the wind turbine behavior in such conditions. In order to conduct the fault simulations, a real time digital simulator (RTDS®) was used. Based on this, a scheme composed by conventional protection functions were specified and tested using the MATLAB® software. Furthermore, hardware-in-the-loop simulations were performed with commercial and universal relays. Very good results in favor of the proposed scheme are presented.

Considerando condições anormais que o Sistema Elétrico de Potência (SEP) está sujeito, a proteção de seus elementos é um tópico importante. Dentre os equipamentos a serem protegidos, destacam-se os geradores devido a representarem elevado custo de investimento e estarem sujeitos a multas por paradas não programadas. Desta forma, com base em pesquisa bibliográfica, observa-se que não existem estudos abrangentes para a proteção individual de máquinas síncronas aplicadas à geração eólica. Além disso, considerando o contexto das smart grids, a presença de baterias e a possibilidade da operação ilhada podem alterar a dinâmica das situações de falta. Portanto, faz-se necessário um estudo do comportamento dos aerogeradores em situações de falha, sabendo que o esquema de proteção depende do tipo de gerador e da maneira como este está conectado ao SEP. Neste sentido, esta pesquisa propôs incluir uma bateria para operar com um gerador eólico de velocidade variável de forma complementar, suavizando a potência de saída e tornando o sistema de conversão de energia eólica forte o suficiente para operar no modo ilhado. A metodologia estabelece vários tipos de falhas para investigar o comportamento da turbina eólica em tais condições. Para realizar as simulações de falta, foi utilizado um simulador digital de tempo real (RTDS®). Com base nisso, um esquema composto por funções de proteção convencionais foi especificado e testado usando o software MATLAB®. Além disso, simulações em laço fechado foram realizadas com relés comercial e universal. Os resultados obtidos com o esquema proposto são bastante promissores. / Considering abnormal conditions to which the Electric Power System (EPS) may be subjected, the protection of its elements is an important topic. Among the equipments to be protected, the generators are highlighted, because they represent a high investment cost and are subjected to penalties for unscheduled stoppages. Hence, based on literature, it is observed that there are no comprehensive studies and standards for individual protection of Synchronous Generators (SGs) applied to Wind Energy Conversion System (WECS). Furthermore, considering the smart grids context, the presence of batteries and the possibility of island operation may change the dynamic of fault situations. Therefore, it is necessary to study and analyse the behavior of wind turbines in fault situations, knowing that the protection scheme is dependent on the generator type and the way it is connected to the EPS. In order to study these issues, this research proposed to include a battery to operate with a full-variable speed wind generator in a complementary way, smoothing the output power and making the WECS strong enough to operate in the island mode. The methodology establishes several fault types to investigate the wind turbine behavior in such conditions. In order to conduct the fault simulations, a real time digital simulator (RTDS®) was used. Based on this, a scheme composed by conventional protection functions were specified and tested using the MATLAB® software. Furthermore, hardware-in-the-loop simulations were performed with commercial and universal relays. Very good results in favor of the proposed scheme are presented.

Submitted by Rosivalda Pereira (mrs.pereira@ufma.br) on 2017-06-23T21:14:46Z No. of bitstreams: 1 JonathanQueiroz.pdf: 631286 bytes, checksum: 2cab2a7d6e496bf574ddef1f49a77440 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-23T21:14:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JonathanQueiroz.pdf: 631286 bytes, checksum: 2cab2a7d6e496bf574ddef1f49a77440 (MD5) Previous issue date: 2016-03-08 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPQ) / The discrete Riccati algebraic equation has played an increasingly important role in optimal control theory and adaptive ltering. For this reason, various techniques have been developed to solve the DARE, for example the approach based on self vectors or approaches related to invariant subspaces [1], which require mathematical rigor and precision. However, these approaches present a number of problems, among them the fact that they can not be implemented in real-time due to its high computational cost to estimate the solution of DARE in many systems, especially systems with higher order three. In order to overcomes this problem, we propose to solve the DARE using as an estimator based on the sum of potential error pairs. The estimator is similar to the Recursive Least Squares (RLS), but with a better performance in terms of convergence speed and estimation accuracy without a signi- cant increase in computational complexity. The estimator is called Recursive Least Non-Squares (RLNS). One other aspect in unraveling the general DARE is to ensure that DARE is numerically well conditioned. To perform the numerical conditioning of DARE, a matrix decomposition technique known as Moore-Penrose inverse or generalized inverse is used. The proposed method is evaluated in a multivariate system 6th order corresponding to the wind generator. The method is evaluated under the numerical stability point of view and speed of convergence. / A equação algébrica Riccati discreta (discrete algebraic Riccati equation (DARE)) tem desempenhado uma papel cada vez mais importante na teoria de controle ótimo. Por esse motivo, varias técnicas tem sido desenvolvidas para solucionar a DARE, por exemplo a abordagem baseada em auto vetores ou ainda abordagens relacionadas a subespaços invariantes, as quais requerem rigor e precisão matemáticas. No entanto, estas abordagens apresentam uma serie de problemas, dentre eles, o fato de não poderem ser implementadas em tempo real devido ao seu alto custo computacional para estimar a solução da DARE em diversos sistemas, sobretudo sistemas com ordem superior a três. Com o intuito de contorna este problema, propomos solucionar a DARE utilizando um estimador baseado na soma das potencias pares do erro. O estimador e similar ao Recursive least squares (RLS), mas com um desempenho melhor em termos de velocidade de convergência e precisão de estimativa, sem aumento significativo da complexidade computacional. O estimador é denominado Recursive Least Non-Squares (RLNS). Um outra aspecto para que possamos solucionar a DARE de forma geral, e garantir que a DARE seja numericamente bem condicionada. Para efetuar o condicionamento numérico da DARE, será utilizada uma técnica de decomposição matricial conhecida como inversa de Moore-Penrose ou inversa generalizada. A metodologia proposta e avaliada em um sistema multivariavel de 6th ordem correspondente ao gerador eólico.

Made available in DSpace on 2016-08-31T13:33:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FranciscoCSG_DISSERT.pdf: 1707836 bytes, checksum: f3a5558058650f68e08a82541000dc7b (MD5) Previous issue date: 2015-06-05 / In power distribution systems are the major causes of voltage imbalances, variations in single-phase loads cause the currents in the conductors of the three phases is different, resulting in different voltage drops, causing imbalance. The study of voltage imbalances in the distribution of energy is very important, since the proper functioning of equipment connected to the system is directly related to the mains imbalance factor. When it comes to stress profiles, has become one of the biggest challenges of electric utilities, which is to serve consumers and customers with adequate voltage levels to those required in current legislation in Brazil has the 2001 resolution no. 505 ANEEL (National Electric Energy Agency) stating that the voltage to be contracted with the utility or the ONS should be between 95% (0.95 pu) and 105% (1.05 pu) of the nominal operating voltage system at the delivery point. In relation to electrical losses, although not established limits by law, these are an important economic factor for electric utilities, seeking to reduce them to maximize their profits. When it comes to connecting wind turbines to the distribution systems is not aware of scholarly conducting parallel operating conditions of the various components that operate in this plan when they are working together with the different configurations of wind generators. The objective of this study is to analyze the imbalances problem, tensions profiles and electrical losses in distribution systems by various operating situations, especially with the inclusion of wind turbines type I, II and IV, based on the system 13 bars IEEE. Also, are proposed and simulated some ways to reduce imbalances and losses through the use of engineering techniques: as promoting the balancing system loads, connecting wind farms to the distribution feeder, installing banks of single-phase voltage regulators at substations and correcting the power factor of the generator turbines. Technical proposals to reduce the levels of network imbalance are effective and also influenced the reduction of overall system losses and improve the levels of stress profiles and are therefore measures that may contribute to the proper functioning of a power system / Nos sistemas de distribuição de energia elétrica se encontram as maiores causas dos desequilíbrios de tensão, variações nas cargas monofásicas fazem com que as correntes nos condutores das três fases sejam diferentes, o que resulta em quedas de tensões diferentes, provocando desequilíbrio. O estudo de desequilíbrios de tensão na distribuição de energia é muito importante, uma vez que o bom funcionamento de equipamentos ligados ao sistema está diretamente relacionado ao fator de desequilíbrio da rede elétrica. Quando se trata de perfis de tensões, tem-se um dos maiores desafios das concessionárias de energia elétrica, que é atender os consumidores e clientes com níveis de tensão adequados aos exigidos na legislação vigente, no Brasil tem-se a resolução de 2001 nº 505 da ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica) estabelecendo que a tensão a ser contratada com a concessionária ou com o ONS deve situar-se entre 95% (0,95 p.u) e 105% (1,05 p.u) da tensão nominal de operação do sistema no ponto de entrega. Já com relação às perdas elétricas, apesar de não serem estabelecidos limites pela legislação vigente, estas são um importante fator econômico para as concessionárias de energia elétrica, que buscam diminuí-las para maximizar seus lucros. Quando se trata de conexão de turbinas eólicas nos sistemas de distribuição não se tem conhecimento de trabalhos acadêmicos que realizam um paralelo das condições de operação dos diversos componentes que atuam nesse plano quando os mesmos estão atuando juntamente com as diferentes configurações de geradores eólicos. O objetivo deste trabalho é analisar o problema de desequilíbrios, perfis de tensões e das perdas elétricas em sistemas de distribuição mediante diversas situações de operação, principalmente com a inserção de turbinas eólicas tipo I, II e IV, tomando como base o sistema 13 barras do orgão IEEE. Além disso, são propostas e simuladas algumas maneiras de reduzir os desequilíbrios e perdas através do uso de técnicas de engenharia: como promovendo o balanceamento de cargas do sistema, conectando parques eólicos ao alimentador de distribuição, instalando bancos de reguladores de tensão monofásicos em subestações e corrigindo o fator de potência dos geradores das turbinas. As técnicas propostas para reduzir os graus de desequilíbrio da rede se mostraram eficazes e influenciaram também na redução das perdas globais do sistema e melhora dos níveis de perfis de tensões, sendo portanto medidas que podem contribuir para o bom funcionamento de um sistema de energia elétrica