Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Energia). Universidade do Porto. Faculdade de Engenharia. 2011

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-23T01:56:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 245030.pdf: 3447901 bytes, checksum: 99f53a5fa0a947f1e3e82f25aeeae31d (MD5) / Esta dissertação apresenta a implementação de controle vetorial de gerador de indução duplamente alimentado com escovas aplicado em sistemas eólicos em velocidade variável. É realizada uma análise da modelagem do gerador nos eixos de referência ortogonais dq e são apresentadas as etapas integrantes do controle vetorial. A estratégia de controle do gerador é implementada num sistema microcontrolado baseado no microcontrolador SH 7047 da Renesas. São apresentados aspectos práticos da implementação e resultados experimentais para um sistema eólico baseado no gerador de indução duplamente alimentado com escovas de 3 kW, 380 V, 60 Hz.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T04:22:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 240715.pdf: 2272990 bytes, checksum: 78dcff47f127169ea1ee39ff47dbba75 (MD5) / Esta tese apresenta a análise, modelagem e o controle vetorial dos geradores de indução duplamente alimentados com escovas (DFIG) e sem escovas (BDFIG) com aplicação em sistemas eólicos em velocidade variável. Inicialmente é realizada uma análise da modelagem dos geradores nos eixos de referência ortogonais dq. Os respectivos modelos e controles são implementados em ambiente de programação do MatlabSimulink/SimPowerSystems. A estratégia de controle do DFIG foi implementada no microcontrolador SH 7047 da Hitachi. São apresentados resultados de simulação e experimentais para um sistema eólico baseado no DFIG 3 kW, 380 V, 60 Hz. Uma metodologia de sincronização do DFIG com a rede elétrica na partida do sistema foi desenvolvida e implementada experimentalmente. Através de resultados obtidos com a simulação, foi realizada uma análise comparativa entre o DFIG e BDFIG com potência de 75 kW. Demonstrou-se que o BDFIG pode substituir o DFIG em sistemas eólicos, associando a robustez das máquinas sem escovas com baixo custo dos conversores de potência utilizados nos geradores duplamente alimentados. São propostas diferentes estratégias de compensação de potência reativa para o BDFIG visando a redução do tamanho dos conversores de potência e o aumento do rendimento do sistema.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2012 / Made available in DSpace on 2013-06-26T00:13:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 315359.pdf: 2535849 bytes, checksum: 4fd6ae6c396e1f7012bf90be32bda24c (MD5) / A presente dissertação apresenta um estudo acerca do projeto e análise do comportamento de uma transmissão hidrostática a ser incorporada a um aerogerador de eixo horizontal. Na busca de uma maior eficiência na geração de energia elétrica a partir do vento, os aerogeradores têm experimentado um amplo crescimento nas diversas áreas relativas ao seu projeto e operação. Deste modo, o aumento na eficiência global do aerogerador constitui um dos requisitos mais importantes para o desenvolvimento destas máquinas. Uma transmissão hidrostática mostra-se como uma alternativa promissora para a transmissão da potência extraída pelo rotor da turbina até o gerador elétrico e para a regulação da velocidade do rotor. Na operação de aerogeradores de eixo horizontal, a variação na velocidade de rotação do rotor permite maximizar a captura da energia do vento. Por outro lado, geradores elétricos síncronos necessitam de conversores de frequência para operarem com velocidade variável, causando uma queda na eficiência global do sistema. Um modo de contornar este efeito é conectando o gerador elétrico diretamente à rede elétrica, pela qual o gerador necessita operar continuamente com velocidade de rotação síncrona a fim de manter a frequência da energia elétrica produzida dentro dos padrões exigidos pela rede elétrica. Uma transmissão hidrostática é capaz de solucionar este problema, pois possibilita desacoplar a velocidade do rotor da velocidade do gerador elétrico. Isto permite que o rotor opere com uma maior eficiência enquanto mantém a qualidade da energia fornecida pelo gerador. Outra implicação favorável à utilização de uma transmissão hidrostática é a possibilidade de instalar a maior parte dos componentes presentes em um aerogerador ao nível do solo. Isto reduz o peso da torre e da nacele do aerogerador, o que reduz as cargas dinâmicas sobre a estrutura da mesma, além dos custos de construção. Neste trabalho é apresentado um modelo computacional através do qual foi possível analisar as diversas características operacionais de tal sistema. Este trabalho pretende contribuir na área de projeto de sistemas de transmissão de potência para aerogeradores, proporcionando informações que permitam avaliar o desempenho da transmissão hidrostática e fornecer uma solução alternativa visando sua futura aplicação em aerogeradores de eixo horizontal.<br> / Abstract : The present dissertation presents a study on the design and the analysis of the behavior of a hydrostatic transmission to be incorporated into a horizontal axis wind turbine. In the pursuit for larger efficiency on wind energy extraction, wind turbines have seen a broad growth among different areas regarding its design and operation. Thus the growth in the overall efficiency of the wind turbine constitutes one of the most important requirements for the development of these machines. A hydrostatic transmission appears as a promising alternative for the transmission of the power extracted from the turbine#s rotor to the electric generator and for the regulation of the rotor speed. During the operation of horizontal axis wind turbines, the variation of the rotor speed allows for maximization of energy capture from the wind. On the other hand, synchronous electric generators require frequency converters to be able to operate with variable speed, causing a drop on the system´s overall efficiency. A way to get around this outcome consists of connecting the electric generator directly to the electrical grid, whereby the generator is required to continuously operate with synchronous speed in order to maintain the frequency of generated electric energy within the standards of the electrical grid. A hydrostatic transmission is able to solve this problem, because it allows the decoupling of the rotor speed from the electric generator speed. This enables the rotor to operate with a greater efficiency while maintaining the power quality supplied by the generator. Another favorable outcome from the use of a hydrostatic transmission is the possibility of installing most of the components of the wind turbine on the ground level. This reduces the weight of the tower and the nacelle of the wind turbine, which in turn reduces dynamic tensions over the wind turbine´s structure, along with construction costs. This dissertation presents a computational model through which it has been possible to analyze the various operational characteristics of the system. This study intends to contribute with the design of power transmission systems for wind turbines, providing information that allows for evaluation of the performance of the hydrostatic transmission and to present an alternative solution in order for future use in horizontal axis wind turbines.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-09-20T05:04:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 340511.pdf: 11775903 bytes, checksum: 1baf9a198b71b623644bac26067ca17c (MD5) Previous issue date: 2016 / A presente pesquisa tem como objetivo propor uma estrutura de potência para gerenciamento de energia de um aerogerador de pequeno porte conectado a rede elétrica. A microgeração de energia vem ganhando espaço no cenário nacional com suporte da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). Em 2012, a ANEEL apresentou a Resolução Normativa N°482 que regulamentou a instalação de micro e mini centrais de geração elétrica. A implementação de sistema de geração de baixa potência, como os aerogeradores de pequeno porte, exige um sistema para gerenciamento da energia produzida. Questões como robustez, complexidade e custo dos equipamentos podem inviabilizar ou reduzir interesse para implementação destes sistemas de geração. O trabalho propõem uma arquitetura de eletrônica de potência com baixo número de interruptores ativos e sem a utilização de capacitores eletrolíticos. A estrutura é composta por um retificador ativo, denominado na literatura como Switched Mode Rectifier, e um inversor Push-Pull. São realizadas análises e simulações das estruturas envolvidas, assim como, o projeto e experimentação de um protótipo de laboratório para processamento da energia produzida por um aerogerador de 1 kW. Os resultados de simulação e experimentais do sistema proposto são apresentados para dois métodos de MPPT distintos.<br> / Abstract: This research aims to propose a power management system for a small wind turbine connected to the grid. Microgeneration has been gaining ground on the national scenario with support from the National Electric Energy Agency (ANEEL). In 2012, ANEEL established the Normative Resolution Nº 482, which regulated the connection of micro and mini central power generation to the electrical grid. The implementation of low power generation system, such as small turbines, requires a system for managing the energy produced. Issues such as robustness, complexity and cost of equipment may prevent or reduce interest for implementation of this kind of renewable energy. This dissertation proposes a power electronics architecture with a low number of active switches and without the use of electrolytic capacitors. The structure is composed of an active rectifier, known in the literature as Switched Mode Rectifier, and a Push- Pull inverter. Analysis and simulations of the structures studied are held, as well as the design and implementation of a prototype, which processes energy produced by a 1 kW wind turbine. The simulation and experimental results of the proposed system are verified for two different MPPT methods.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-04-29T21:04:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 333227.pdf: 10694718 bytes, checksum: a50bb83118004a0e641464675cf56413 (MD5) Previous issue date: 2014 / Esta tese propõe um novo sistema de controle baseado na Teoria da Potencia Instantânea para um aerogerador com um gerador síncrono de ímãs permanentes (GSIP). Este gerador possui uma força eletromotriz trapezoidal por esta razão o controle proposto traz vantagens em relação aos usuais baseados na transformação de Park. Uma bancada de ensaios foi montada para a validação dos resultados simulados. Utilizou-se um conversor de frequência comandado por um controlador lógico programável (CLP) e estes conectados a uma maquina síncrona de ímãs permanentes, como simulador da turbina eólica, com a finalidade de produzir energia, para acionar o GSIP de 3 kW. O GSIP converte a energia rotacional mecânica em energia elétrica. Dois conversores do tipo fonte de tensão, conectados em topologia back-to-back, são utilizados para conectar este gerador à rede elétrica, nos quais o disparo das chaves se da por modulação PWM vetorial (SV-PWM). A estratégia de controle do conversor do lado do gerador foi implementada com um dSPACE, enquanto que o conversor do lado da rede foi controlado por um DSP. Para garantir a estabilidade do controle da corrente do gerador em toda a sua faixa de potencia, determinou-se matematicamente, em função da posição do rotor, a força eletromotriz (FEM) do GSIP. O sistema se auto ajusta para transferir o máximo de potencia à rede em função da velocidade do vento. A tensão do barramento de corrente contínua (CC) tem seu controle pelo conversor do lado do gerador garantindo a estabilidade do sistema frente a afundamentos simétricos e assimétricos da tensão da rede elétrica. São apresentados resultados de simulação em ambiente Matlab/Simulink, e experimentais coletados na bancada. Com os resultados fica evidente a possibilidade de implantar este sistema com a finalidade de garantir a qualidade de energia de um sistema de geração acoplado à rede elétrica, bem como cumprir as exigências impostas pelas agencias regulamentadoras das concessionarias de energia elétrica.<br> / Abstract : This thesis proposes a new control system based on the Theory of Instantaneous Power for a wind turbine with a permanent magnet synchronous generator (PMSG). This generator has a trapezoidal electromotive force, for this reason the proposed control brings advantages over the usual one based on the Park transformation. A test bench was set to validate the simulated results. We used an electrical drive controlled by a programmable logic controller (PLC) and these are connected to a permanent magnet synchronous machine, as a wind turbine simulator, in order to produce power to drive the 3 kW PMSG. The PMSG converts mechanical rotational energy into electrical energy. Two voltage source converters connected in back-to-back topology, are used to connect the generator to the grid, in which the switching is space vector modulated (SV-PWM). The control strategy of the generator-side converter has been implemented with a DSpace, while the network side converter is controlled by a DSP. To ensure the generator current control stability in its entire power band, the PMSG electromotive force (FEM) was determined mathematically as a function of the rotor position. The system automatically adjusts itself to transfer the maximum power to the network as a function of the wind speed. The generatorside converter control of the DC bus voltage ensures the stability of the system when facing symmetrical and asymmetrical voltage sags at the grid terminals. Matlab/Simulink simulation results are presented as well as experimental ones collected on the test bench. With the results it is evident the effectiveness of implementing this system in order to ensure the quality of energy of a generation system coupled to the power grid, as well as meet the requirements imposed by regulatory agencies of electricity concessionaires.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-02-09T03:04:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337529.pdf: 45606384 bytes, checksum: 997153361cdc34b57601437e663e72a1 (MD5) Previous issue date: 2015 / A capacidade instalada da energia eólica, no Brasil e no mundo, vem aumentando a cada ano e, com isso, são necessários procedimentos de verificação da produção de energia de parques eólicos, com o intuito de quantificar se o que foi proposto está sendo entregue e como está o rendimento do parque. Por causa do alto custo de investimento, nem sempre é possível se ter uma torre anemométrica nos parques e, por isso, realizar a medição de acordo com a norma IEC 61400-12-1. Como alternativa para esta situação e pelo fato do parque eólico de Beberibe possuir apenas uma torre para 32 aerogeradores, o presente trabalho avalia a aplicação da função de transferência da velocidade do vento da nacele no cálculo da produção anual de energia e do fator de capacidade do parque. Também foram investigados quais os fatores, como velocidade e direção do vento, que mais influenciam na geração do parque. Os dados reais de velocidade e produção foram comparados com os calculados por meio do software WAsP. Por meio dos dados reais e das simulações, observou-se que alguns aerogeradores do parque possuíam produção abaixo da média deste, devido ao fato de trabalharem na esteira de aerogeradores vizinhos. Então, foram estudados e simulados alguns novos layouts e novos aerogradores para o parque de Beberibe, com o objetivo de se obter uma produção anual igual ou superior à atual com menor número de aerogeradores, através de uma melhora na disposição dos mesmos. Comisso, conseguiu-se reduzir o percentual de perdas por esteiras simuladas de 7,1% para 1,8% com uma das sugestões de layout. <br> / Abstract : The installed capacity of wind power in Brazil and in the world is increasingevery year and, procedures are necessary for verifying the energy production of wind farms. Because of the high cost of investment, is not always possible to have a meteorological mast in the wind farm and, therefore, to measure according to IEC 61400-12-1 standards. Beberibewind farm has only one mast for 32 wind turbines, so this work evaluatesthe application of a nacelle wind speed transfer function in thecalculation of annual energy production and the capacity factor of windfarm. The influence of wind speed and direction in power productionwas explored. Wind speed and power production data were comparedwith WAsP software outputs. Some wind turbines had low productionwhen compared with others, because of the wakes of neighboring windturbines. New layouts were explored to obtain the same or higher annualenergy production a lower number of turbines. The percentage of wake effects was reduced from 7.1% to 1.8% using new layout.

Dissertação de mestrado integrado. Mestrado Integrado em Engenharia Civil. Especialização em Estruturas. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-26T07:33:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 291292.pdf: 1967597 bytes, checksum: 7c34fcddd3290c2a41b2098a02d80bf6 (MD5) / O projeto de máquinas síncronas com ímãs permanentes é abordado nesta Dissertação. Assumem-se valores iniciais para fazer abordagens de dimensionamento. A partir das principais dimensões de um gerador eólico previamente estabelecido, usa-se o EFCAD para fazer cálculos eletromagnéticos em Elementos Finitos bidimensionais. Partindo de frentes de projeto mecânico, elétrico, magnético e térmico, faz-se uma avaliação de engenharia para buscar fontes de informações para obter a melhor comparação entre cálculos analíticos e simulações. No decorrer deste trabalho, todos os cálculos são feitos visando à construção de um protótipo de 3 kW/220 V. Trata-se de um gerador eólico cujo acompanhamento fez parte das rotinas deste trabalho e em conjunto com questões de fabricação, procurou-se alinhar ou pelo menos se buscou a melhor aproximação entre as possíveis medições físicas e os resultados analíticos e das simulações. Ao final, três apêndices são mostrados para complementar parte dos fundamentos teóricos eventualmente necessários para melhor compreensão de aspectos de modelagem. Visualizações tridimensionais também estão disponíveis. / Taking part in mechanical design, electrical, magnetic and thermal loadability, it is an engineering evaluation interesting to take sources of information and obtain the best comparison between analytical calculations and simulations. In this work, most calculations are made for the construction of a 3 kW/220V prototype. This is a wind generator which was part of routine monitoring of this work and in conjunction with manufacturing concerns, sought to align or at least sought the best possible rapprochement between the physical measurements and analytical results and simulations. Finally, three appendices are completing some aspects of theoretical foundations that may be needed for better understanding modeling aspects. Tridimensional views are also available.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-22T02:43:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 210375.pdf: 1310492 bytes, checksum: 9178edf593327d85c741cbc1073d0433 (MD5) / A presente dissertação aborda uma metodologia para obtenção da capacidade máxima de aerogeradores a ser instalada em um determinado alimentador de distribuição. Os procedimentos utilizados se baseiam em modelar as características do vento nos locais de interesse, com informações obtidas em mapas eólicos, permitindo que se obtenha uma avaliação preliminar do potencial de geração eólica para inserção na rede elétrica local. O objetivo principal da ferramenta desenvolvida é determinar os limites de geração eólica do local estudado, respeitando os limites físicos da rede de distribuição. O trabalho também apresenta uma metodologia de avaliação da possível postergação de expansão da rede na presença de geração eólica, crescimento especificado de carga e um dado risco de não-conformidade de tensão ou sobrecarga. Utilizou-se como ferramenta de avaliação de fluxo de potência, limites de tensão e perdas o Simulador de Redes de Distribuição de Energia Elétrica na Presença de Geração Distribuída - SiGDist, desenvolvido através de um Projeto de P&D Labspot - CELESC. Aplicou-se a metodologia a um alimentador urbano-rural típico com inserção de aerogeradores sujeitos a ventos característicos do planalto Sul do Brasil.