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

Submitted by Edineia Teixeira (edineia.teixeira@unioeste.br) on 2018-03-07T19:42:45Z No. of bitstreams: 2 Thalyta_Basso2017.pdf: 3796237 bytes, checksum: d1ec6e9511427a7af0fbfdd055261c28 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-07T19:42:45Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Thalyta_Basso2017.pdf: 3796237 bytes, checksum: d1ec6e9511427a7af0fbfdd055261c28 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-02-17 / One of the biggest concerns in the contemporary world is the overuse of electricity. Along with that, in the last few years, the growth of investment in the sector of wind and solar power generation has stood out, which has contributed to supply for the needs faced by Brazil due to unfavorable hydrological conditions, which impair the production in the water power plants. Thus, a study was done on the technical and economic feasibility of the implantation of a small wind powerhouse in a grain warehouse, located in São João do Oeste, district of Cascavel-PR, to supply the power needs of such a building. Based on data provided by SIMEPAR, for every 10 meters of height, the annual/daily average of wind speed in the area was 4,12 m/s, the average temperature was 20,4 ºC and the average air pressure was 937,81 hPa, considering the last 5 years of measuring. Through the technical analysis and the cost survey, the decision was taken to use 3 turbines of 80 kW of power, at 30 meters of height, which would supply about 80% of the power needs in the place, generating credit in the months of low consume to be used in the months of higher use. However, the budget also proved to be unfeasible by the Net Present Value Method, the Internal Rate of Return and the Deducted Pay-Back as well, determining that at the end of the useful life of the turbines, the investment wouldn’t have been paid and it would be necessary to change the equipment, creating a debt over debt for the investor. Comparing the cost of such an investment in Brazil to other countries, a variation of 529% was observed, and the Brazilian cost for the system adopted is R$25.625,00/kW, while the foreign average is R$4.843,34/kW; Such a difference could be related to importation rate, taxes, reduced popularization and the competition between suppliers in Brazil / Uma das questões mais preocupantes no mundo contemporâneo é o uso demasiado de energia elétrica. Aliado a isso, nos últimos anos, tem se destacado o crescimento de investimentos nos setores de geração solar e eólica, que tem contribuído para suprir as dificuldades enfrentadas pelo Brasil com as condições hidrológicas desfavoráveis, que prejudicam a produção pelas hidrelétricas. Assim, realizou-se um estudo de viabilidade técnica e econômica da implantação de uma pequena central geradora eólica em uma unidade armazenadora e beneficiadora de grãos, situada em São João do Oeste, distrito de Cascavel-PR, para suprir as necessidades energéticas dessa edificação. Com base nos dados obtidos com o SIMEPAR, para 10 metros de altura, a média anual diária da velocidade do vento no local foi de 4,12 m/s, a temperatura média de 20,4 ºC e a pressão atmosférica média de 937,81 hPa, considerando-se os últimos 5 anos de medições. Por meio de análise técnica e do levantamento de custos, optou-se por utilizar 3 turbinas de 80 kW de potência, a 30 metros de altura, que supririam cerca de 80% das necessidades energéticas da unidade, gerando créditos nos meses de baixo consumo para serem compensados nos meses de maior utilização energética. Porém, o orçamento mostrou-se inviável pelo Método do Valor Presente Líquido, da Taxa Interna de Retorno e também do Pay-Back Descontado, determinando que ao final da vida útil das turbinas, o investimento ainda não teria sido pago e haveria necessidade de troca dos equipamentos, gerando dívida sobre dívida para o investidor. Comparando-se o custo do referido investimento no Brasil com valores de outros países, observou-se uma variação de 529%, sendo que o custo brasileiro para o sistema adotado resulta em R$25.625,00/kW, enquanto a média estrangeira é de R$4.843,34/kW, podendo essa diferença ter relação com a taxa de importação, impostos e reduzida popularização e concorrência entre empresas fornecedoras no Brasil

Orientador: André Luiz Andreoli / Resumo: As fontes renováveis de energia apresentam-se como solução para problemas relacionados ao aumento da demanda por energia elétrica e crescimento dos níveis de emissão de gás carbônico, uma vez que são não poluentes, limpas e abundantes. Aproveitamentos eólicos se mostram como uma das mais promissoras fontes de energia renovável, e por essa razão as pesquisas envolvendo este tipo de aproveitamento têm despertado grande interesse na comunidade científica. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um emulador de turbina eólica (ETE), uma ferramenta de apoio às investigações experimentais capaz de reproduzir o comportamento mecânico dinâmico de uma turbina eólica através de uma malha de controle digital em configuração de hardware-in-the-loop atuando sobre um acionamento eletrônico de uma máquina de indução Operando como fonte de força motriz, o ETE torna mais fácil a avaliação dinâmica de geradores e seus sistemas de controle associados voltados às aplicações envolvendo energia eólica. A pesquisa apresenta uma revisão bibliográfica sobre o estado da arte, a modelagem e a implementação experimental de um emulador de turbina eólica utilizando um motor de indução trifásico (MIT) acionado por um inversor de frequência. Para isso, é implementado um controle em malha fechada de conjugado e velocidade. Este controle faz com que o acionamento eletromecânico representado pelo MIT e inversor de frequência apresente em seu eixo o comportamento de uma turbina eólica conforme os parâmetros... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Mestre

A captação de energia eólica tem sido alvo de estudos em todo o mundo nas últimas décadas devido aos incentivos pela busca por geração de energia por meio de fontes alternativas. A configuração mais utilizada atualmente são as turbinas de três pás com eixo horizontal, upwind, operando com velocidade variável com limitação de potência por variação de passo, e utilizando o gerador de indução de dupla alimentação. A operação em velocidade variável com atuação no ângulo de passo permite a máxima captação de energia para as diferentes velocidades de vento, enquanto evita que a turbina ultrapasse o seu valor nominal de potência. O uso de conversores permite o controle das correntes do rotor, variando sua velocidade, e o controle da potência reativa de estator, e a montagem do tipo back-to-back permite que o fluxo de energia do rotor flua para a rede ou da rede. A modelagem matemática do sistema foi toda referenciada no referencial síncrono com notação vetorial e orientação de fluxo de rede, simplificando os modelos matemáticos. Para a montagem dos controladores foi utilizado o método de Controle de Modelo Interno e de Resistência Ativa. A montagem de todo o sistema para simulação foi realizada no Matlab/Simulink, e seu desenvolvimento é mostrado no decorrer do trabalho. Este trabalho analisa o fluxo de energia do sistema, desde a energia captada pelo vento até a energia entregue à rede. Para isso, são feitas análise dos fluxos das potências ativa e reativa do sistema, para fator de potência unitário, indutivo e capacitivo e para os mais recorrentes comportamentos do vento. Também são feitas análises a respeito dos regimes de operação do sistema, definidos a partir da relação entre os fluxos de potência, concluindo que a máquina poderá operar como gerador ou motor, devido principalmente à intensidade da variação do vento. / The use of wind energy has been the subject of studies around the world in recent decades due to the incentives to search for power generation through alternative sources. The most widely used configuration has been the three blades with horizontal axis and upwind turbine, operating in variable speed with power limitation by varying the pitch angle, and using the doubly fed induction generator configuration. The variable speed operation with power limitation enable for maximum energy harvesting for different wind speeds and prevents the turbine exceeds its nominal power. The use of converters allows for control of the rotor currents, varying the speed, and stator reactive power, and assembling type back-to-back allows for the rotor energy flux to flow into and out of the grid. Mathematical modeling of the whole system was referenced in the synchronous reference frame with vector notation and oriented by the grid flux, simplifying the mathematical models. For installation of the drivers, were used the Internal Model Control and Active Damping methods. The assembly of the entire system for simulation was conducted on Matlab / Simulink, and its step to step is shown in this work. This study analyzes the energy flow of the system, from the energy harvest from de wind to the energy delivered to the grid. To reach this, flow analysis of active and reactive power of the system is done, using unity, inductive and capacitive power factor, for the most recurrent wind behaviors. Analysis are made about the operation regimes of the system, defined as the relationship between the power flows, concluding that the machine can operate as a generator or motor, mainly due to the variation of the wind intensity.

A captação de energia eólica tem sido alvo de estudos em todo o mundo nas últimas décadas devido aos incentivos pela busca por geração de energia por meio de fontes alternativas. A configuração mais utilizada atualmente são as turbinas de três pás com eixo horizontal, upwind, operando com velocidade variável com limitação de potência por variação de passo, e utilizando o gerador de indução de dupla alimentação. A operação em velocidade variável com atuação no ângulo de passo permite a máxima captação de energia para as diferentes velocidades de vento, enquanto evita que a turbina ultrapasse o seu valor nominal de potência. O uso de conversores permite o controle das correntes do rotor, variando sua velocidade, e o controle da potência reativa de estator, e a montagem do tipo back-to-back permite que o fluxo de energia do rotor flua para a rede ou da rede. A modelagem matemática do sistema foi toda referenciada no referencial síncrono com notação vetorial e orientação de fluxo de rede, simplificando os modelos matemáticos. Para a montagem dos controladores foi utilizado o método de Controle de Modelo Interno e de Resistência Ativa. A montagem de todo o sistema para simulação foi realizada no Matlab/Simulink, e seu desenvolvimento é mostrado no decorrer do trabalho. Este trabalho analisa o fluxo de energia do sistema, desde a energia captada pelo vento até a energia entregue à rede. Para isso, são feitas análise dos fluxos das potências ativa e reativa do sistema, para fator de potência unitário, indutivo e capacitivo e para os mais recorrentes comportamentos do vento. Também são feitas análises a respeito dos regimes de operação do sistema, definidos a partir da relação entre os fluxos de potência, concluindo que a máquina poderá operar como gerador ou motor, devido principalmente à intensidade da variação do vento. / The use of wind energy has been the subject of studies around the world in recent decades due to the incentives to search for power generation through alternative sources. The most widely used configuration has been the three blades with horizontal axis and upwind turbine, operating in variable speed with power limitation by varying the pitch angle, and using the doubly fed induction generator configuration. The variable speed operation with power limitation enable for maximum energy harvesting for different wind speeds and prevents the turbine exceeds its nominal power. The use of converters allows for control of the rotor currents, varying the speed, and stator reactive power, and assembling type back-to-back allows for the rotor energy flux to flow into and out of the grid. Mathematical modeling of the whole system was referenced in the synchronous reference frame with vector notation and oriented by the grid flux, simplifying the mathematical models. For installation of the drivers, were used the Internal Model Control and Active Damping methods. The assembly of the entire system for simulation was conducted on Matlab / Simulink, and its step to step is shown in this work. This study analyzes the energy flow of the system, from the energy harvest from de wind to the energy delivered to the grid. To reach this, flow analysis of active and reactive power of the system is done, using unity, inductive and capacitive power factor, for the most recurrent wind behaviors. Analysis are made about the operation regimes of the system, defined as the relationship between the power flows, concluding that the machine can operate as a generator or motor, mainly due to the variation of the wind intensity.

Made available in DSpace on 2016-08-31T13:33:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DaniloSP_DISSERT.pdf: 1541140 bytes, checksum: a3ab0c19a32a7eaf392690513de9a9a5 (MD5) Previous issue date: 2015-07-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The objective of this study is to evaluate different strategies for adaptive control in order to contribute to better performance controllers with synchronous generators with uncertainties of the parameters or disturbances. The permanent magnet synchronous generators are growing in the market for wind power generation, this being the necessary motivation for choosing this plant. A study and analysis of subsystems of wind energy conversion are performed, and the model of the wind turbine, the mechanical transmission system and synchronous generator are described. The project strategy with conventional control is performed and will be the target of comparison for the implemented adaptive control strategies / O objetivo deste trabalho é avaliar diferentes estratégias de controle adaptativo a fim de contribuir para a melhoria do desempenho de controladores de geradores síncronos com incertezas dos parâmetros ou perturbações. Os geradores síncronos de ímã permanente estão crescendo rapidamente no mercado de geração de energia eólica, sendo a motivação necessária para a escolha desta planta. Um estudo e análise dos subsistemas de conversão de energia eólica são realizados, sendo descrito o modelo da turbina eólica, do sistema de transmissão mecânico e do gerador síncrono. O projeto com estratégia de controle convencional é abordado e será alvo de comparação para as estratégias de controle adaptativo implementadas

Made available in DSpace on 2016-08-31T13:33:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EdnardoPR_DISSERT.pdf: 2329567 bytes, checksum: ab9bc3145d3823983047e9d57956c8d0 (MD5) Previous issue date: 2015-01-30 / Fundação de Apoio a Pesquisa do Estado do Rio Grande do Norte / The connection of wind generators might cause significant influences in the profile voltages, voltage unbalance, loading and the electrical losses in radial power distribution systems. This fact requires a specific study, called Hosting Capacity, which aims to analyze the maximum limit of the power increase on the network that makes the performance of the system acceptable to the established quality limits. This work shows an IEEE radial distribution system behavior, composed of 13 bus, in steady state, when a synchronous wind machine is engaged on the bus 680 in two ways: directly connected to the network and connected through the frequency converter. For each type of connection the power factor was varied from 0.9 capacitive to inductive 0.9. The parameters analyzed in connection bar were the degree of voltage unbalance, the losses in the system and the profile of voltages on the bus 680 for each case . The simulations were performed using the program Distribution Network Analysis with Generation Aeolian-Electric - ANAREDGEE, which was developed and validated with own results of the IEEE. It was found that there was a reduction in the degree of unbalance for all simulated situations, when compared to the original value of the system status, not exceeded the limits determined by imbalances entities NEMA, ANSI, IEEE and ANEEL. Regarding the profile of voltages in the various system buses, there was a slight decrease in some situations. In the original system, the voltage level of the phase B in the bus 680 exceeded the 5% voltage given by ANEEL, with a value of 1.0529 p.u. With the machine connected directly, there was an increase of this value in all simulations with different power factor, while the connection through frequency converter might causa a reduction of the phase B voltage levels to below 1.05 pu in situations where the power factors were equal to 0.9 capacitive and unitary. The system losses were reduced in all cases, but showed lower values when the synchronous machine was integrated into the system by frequency convertor. It was also observed a significant reduction in the degree of system imbalance after connecting the synchronous machine, this reduction, in most cases, occurred in proportion to the increase in power injected into the connection bar / A conexão de geradores eólio-elétricos pode causar influências significativas no perfil de tensões, desequilíbrio de tensão, no carregamento e nas perdas elétricas em sistemas de distribuição de energia radiais. Este fato requer um estudo específico, denominado Hosting Capacity, que tem por finalidade analisar o limite máximo do incremento de potência na rede que torna a performance do sistema aceitável para os limites de qualidade estabelecidos. Este trabalho demonstra o comportamento do sistema de distribuição radial do IEEE, composto de 13 barras, em regime permanente, quando uma máquina eólica síncrona é acoplada na barra com o maior nível de tensão do sistema, de duas formas distintas: diretamente conectada à rede e conectada por meio de conversor de frequência. Para cada tipo de conexão o fator de potência foi variado de 0.9 capacitivo a 0.9 indutivo. Os parâmetros analisados na barra de conexão foram o grau de desequilíbrio de tensão, as perdas no sistema e o perfil das tensões. As simulações foram realizadas através do programa Análise de Redes de Distribuição com Geração Eólio-Elétrica - ANAREDGEE, que foi desenvolvido e validado com resultados próprios do IEEE. Verificou-se que houve uma redução no grau d e desequilíbrio para todas as situações simuladas, quando comparadas ao valor da situação original do sistema, não superado os limites de desequilíbrios determinados por entidades como NEMA, ANSI, IEEE e ANEEL. Com relação ao perfil das tensões nas diversas barras do sistema, houve uma ligeira diminuição em algumas situações. No sistema original, o valor de tensão na fase B da barra 680 superava os 5% de sobretensão determinado pela ANEEL, apresentando um valor de 1,0529 p.u. Com a máquina diretamente conectada houve um aumento deste valor em todas as simulações com diferentes fatores de potência, enquanto que a conexão por meio de conversor de frequência possibilitou uma diminuição dos níveis de tensão da fase B para valores abaixo de 1,05 p.u. nas situações em que os fatores de potência eram iguais a 0.9 capacitivo e unitário. As perdas no sistema foram reduzidas em todos os casos, entretanto apresentaram menores valores quando a máquina síncrona era integrada ao sistema por meio de conversor de frequência. Foi observado também uma redução considerável do grau de desequilíbrio do sistema após a conexão da máquina síncrona, esta redução, na maioria dos casos, se deu de forma proporcional ao aumento da potência injetada na barra de conexão

Feitosa, Erialdo de Oliveira. Energia eólica aplicada ao bombeamento da água para irrigação por gravidade na agricultura familiar. 2014. 107 f. : Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Ceará, Centro de Ciências Agrárias, Departamento de Engenharia Agrícola, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola, Fortaleza-CE, 2014. / Submitted by demia Maia (demiamlm@gmail.com) on 2016-06-23T16:52:19Z No. of bitstreams: 1 2014_dis_eofeitosa.pdf: 2679430 bytes, checksum: a127ee0b0b7829a2d2ed216e57412a26 (MD5) / Approved for entry into archive by demia Maia (demiamlm@gmail.com) on 2016-06-23T16:52:50Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_dis_eofeitosa.pdf: 2679430 bytes, checksum: a127ee0b0b7829a2d2ed216e57412a26 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-23T16:52:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_dis_eofeitosa.pdf: 2679430 bytes, checksum: a127ee0b0b7829a2d2ed216e57412a26 (MD5) Previous issue date: 2014 / The use of wind energy is today a reality in the Brazilian energetic context, because it meets the requirement of complementarity to the national energy system and its exploitation generates relatively few environmental impacts. In this context family agriculture, which lives together with semiarid, passes per great bottlenecks with relation to the access, and the cost of two resources fundamental for its development, water and energy. This project was developed with bias in the supply of water and energy to small rural properties focused on horticultural. So that wind energy can be an important solution for the process of production of agriculture, because it can supply the needs of the small producer. Thus the objective of this research was to investigate the possibility of a wind turbine to generate electricity to put in action an water pumping system which represses water to an elevated reservoir, and possibly could be used for irrigation per gravity drip. It was used a 1 kW wind generator power, model H3.1-1KW, Hummer mark, where it and the pumping system were installed at the Federal University of Ceará, Campus do Pici. With the experimental arrangement ready, it was conducted to collect data on wind speed, current and voltage generated by, and pressure and flow rate of the motor pump. As a result it was verified a pumped volume averaged 3750.5 L day-1. Concluding that can be used in irrigated horticultural production family agriculture and would also be useful in animal production and consumption own. This conclusion presents wind power as a good alternative for family agriculture live with the semiarid in the sense which will enable the use of renewable energy linked the rational use of water. / O uso da energia eólica é hoje uma realidade no contexto energético brasileiro, pois atende o requisito de complementaridade ao sistema nacional de energia e sua exploração gera relativamente poucos impactos ambientais. Neste contexto a agricultura familiar que convive com semiárido passa por grandes gargalos com relação ao acesso, e o custo de dois recursos fundamentais para o seu desenvolvimento, água e energia. Este projeto foi desenvolvido com viés no fornecimento de água e energia para pequenas propriedades rurais focadas em hortículas. De modo que a energia eólica possa ser uma solução importante para o processo de produção da agricultura, pois pode suprir as necessidades do pequeno produtor. Assim o objetivo desta pesquisa foi verificar um aerogerador na geração de energia elétrica para acionamento de um sistema de bombeamento de água, o qual realizava o recalque da água para um reservatório elevado, e que possa ser utilizado na irrigação por gotejamento gravitacional. Utilizou-se um aerogerador de 1 kW de potência, modelo H3.1-1KW, marca Hummer, onde o mesmo e o sistema de bombeamento foram instalados na Universidade Federal do Ceará, Campus do Pici. Com o arranjo experimental pronto, foi efetuada a coleta de dados da velocidade do vento, corrente e tensão do aerogerador, e pressão e vazão do conjunto motobomba. Como resultado verificou-se o volume bombeado em média de 3.750,5 L dia-1. Concluindo que o mesmo pode ser usado na produção irrigada de hortículas da agricultura familiar e também seria útil na produção animal e próprio consumo. Enfim a energia eólica apresenta-se como uma boa alternativa para o agricultor familiar conviver com o semiárido, no sentido que possibilitará o uso de energia renovável atrelada ao uso racional da água.

This work deals with an unconventional wind energy conversion system, in which the wind turbine has rotating cylinders rather than traditional blades. These cylinders can be driven by a brushless DC motor. The turbine operates on the physical principle called Magnus Effect. It presents the mathematical modeling of Magnus turbine and based on this modeling were carried out simulations in PSIM® software. It was implemented and was tested MPPT algorithms type HCC (Hill Climbing Control) for DC brushless motor control for operating the cylinders and hence the power generated by the Magnus turbine. Prototypes of Magnus effect wind system (turbine, generator PMSG, AC / DC converter, DC / DC converter) were built to perform wind tunnel experiments comparing the experimental results with simulated results. We sought to optimize the extraction of wind energy through concepts and innovative solutions in the construction of the turbine, brushless DC servo for rotating cylinders, implementing MPPT algorithms to control the rotation of the cylinder and the static converter. Three turbine concepts are presented and three prototypes were built. Loose cylinders were tested in the wind tunnel and it was measured the lift and drag forces. The "Prototype 3" is 3 m in diameter with two cylinders of 150 mm diameter showed the best experimental results, but still generated mechanical power did not provide an effective net power. / O presente trabalho trata de um sistema eólico não convencional, cuja turbina eólica possui cilindros girantes no lugar das pás tradicionais. Estes cilindros podem ser acionados por um motor brushless CC (sem escovas). O princípio físico de funcionamento desta turbina baseia-se no que se denomina de “Efeito Magnus”. Apresenta-se a modelagem matemática da turbina Magnus e com base nesta modelagem realizam-se simulações no software PSIM®. Programa-se e testa-se algoritmos de rastreamento da máxima potência líquida MPPT (Maximum Power Point Tracking), do tipo HCC (Hill Climbing Control) no controle do motor brushless CC de acionamento dos cilindros e, consequentemente, da potência gerada pela turbina Magnus. Protótipos de sistema eólico de efeito Magnus (turbina, gerador PMSG, conversores CA/CC, CC/CC) foram construídos para realizar experimentos em túnel de vento, possibilitando comparações dos resultados experimentais com os resultados simulados. Busca-se otimizar a extração da energia dos ventos, através de concepções e soluções inovadoras na construção da turbina, servo acionamento CC brushless para os cilindros girantes, implementação de algoritmos MPPT no controle da rotação dos cilindros e do conversor estático. Três concepções da turbina Magnus são apresentadas e três protótipos construídos. Ensaios de cilindros girantes avulsos com variações nos diâmetros e nas espirais sobrepostas são realizados em túnel de vento com colméias e medem-se as forças de sustentação e de arrasto. O “Protótipo 3” de 3 m de diâmetro com dois cilindros lisos de 150 mm de diâmetro apresentou os melhores resultados experimentais, mas ainda a potência mecânica gerada não proporcionou uma potência líquida efetiva.