Made available in DSpace on 2016-08-31T13:33:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FranciscoCBS_DISSERT.pdf: 1910035 bytes, checksum: 49a978c792393d00663be9720c45ef02 (MD5) Previous issue date: 2015-06-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The development of a mathematical model for a system of wind power generation is complex, can be strongly affected by the wind variation and it s a non-linear problem. Due to these characteristics the analysis can be performed using a control system based on fuzzy logic, which improves a better adjust of the system to be controlled. In this paper, the performance of a variable-speed wind turbine controlled by a classic proportional controller (CPC), and a fuzzy logic controller (FLC) to adjust the angle of inclination of the blades is analyzed. In this case, it s possible to verify the effectiveness of the application of fuzzy logic, the ability to avoid fluctuations and improvement of the quality of electric power output, regardless of the original features of the proportional control applied. The CPC and the FLC were implemented using the Fuzzy Logic ToolboxTM and SIMULINK® software packages available in MATLAB®. The results show that the application of fuzzy logic to adjust the parameters of a controller can improve the dynamic performance of the wind turbine with respect to reducing the onset of fatigue loads, weather fluctuations and stabilization of electric power output / O desenvolvimento de um modelo matemático para um sistema de geração de energia eólica, pode se tornar uma tarefa muito complexa, podendo ser fortemente dependente da variação do vento, além de se caracterizar como um problema não linear. Devido a estas características, a análise pode ser realizada utilizando um sistema de controle baseado em Lógica Fuzzy (LF), o que poderia promover melhor perfomance ao sistema a ser controlado. No presente trabalho, o desempenho de uma turbina eólica de velocidade variável controlado por um controlador proporcional clássico (CPC) e um controlador fuzzy (FLC) para promover ajuste ao ângulo pitch são analisados. Dessa forma, é possível verificar a eficácia da aplicação LF, sua capacidade de evitar flutuações e melhorar da qualidade da potência gerada, independentemente das cndições de vento ao qual o sistema está submetido. O CPC e o FLC foram implementados utilizando Fuzzy Logic ToolboxTM e Simulink®, toolboxs disponíveis no software MATLAB®. Os resultados mostram que a aplicação em questão pode efetivamente contirbuir para a melhoria do desempenho dinâmico da turbina no tocante a redução de oscilações, máximo sobresinal e tempode acomodação

Atualmente, a geração eólica é a forma de geração de energia elétrica de maior crescimento no mundo. Não obstante, dependendo da forma em que é gerenciado este tipo de geração, pode causar impactos significativos no sistema de energia elétrica. Este trabalho estuda o comportamento da geração eólica nos sistemas de potência do ponto de vista dos aerogeradores e dos parques eólicos. É realizada uma modelagem dos principais componentes dos sistemas de geração eólica, particularmente dos aerogeradores de velocidade variável equipados com geradores de indução de dupla alimentação, com o intuito de aplicar estratégias de controle para a operação dos mesmos e estudar as suas características de funcionamento. São propostos métodos para a regulação da potência ativa gerada por estes aerogeradores e para a regulação da potência ativa gerada por parques eólicos compostos por vários aerogeradores de velocidade variável, com o objetivo de permitir um maior índice de penetração da geração eólica nos sistemas de energia elétrica. Usando a modelagem elaborada, são efetuadas rigorosas simulações computacionais do comportamento destas instalações eólicas funcionando com os métodos de regulação propostos. Os resultados obtidos nestas simulações mostram que o impacto da geração eólica pode ser consideravelmente diminuído, logrando atribuições semelhantes aos produtores de energia convencionais. Observa-se que estes métodos permitiriam flexibilizar a operação dos sistemas de geração eólica, possibilitando gerenciamentos mais adequados aos novos requerimentos exigidos pelos operadores dos sistemas de energia. / Nowadays, the wind power generation is the fastest growing electric power source in the world. Nevertheless, depending on the management of this kind of generation, it may cause significant impact in the power system. In this work, a modeling of the main components of wind power generation was performed, particularly of variable speed wind turbines with doubly fed induction generators, aiming to apply control strategies for its operation and to study its functional characteristics. Methods to regulate the active power generated by variable speed wind turbines, and to regulate the active power of wind farms composed of several of this turbines, are proposed with the objective to allow an increase in the level of penetration of wind generation in the power systems. Using the elaborated modeling, rigorous computational simulations of operation of these types of power stations, operating with the proposed methods, were accomplished. The obtained results in these simulations shows that it is possible to considerably minimize the wind power generation impacts, obtaining attributions similarly to conventional energy producers. It is observed that the proposed methods allows an operational flexibility of wind power generation, enabling a better management according to the new requirement of the power system operators.

With the growing energy demand and the opportunity for exploitation of renewable energy (wind energy), this paper performs the mapping of wind potential in Alagoas. This study is based on the use of anemometer measurements between August/2007 to July/2008, as also computational tools: mesoscale atmospheric model (WRF); numerical model of microscale (WAsP®); data from Geographic Information Systems (GIS). The stations with anemometers were geographically distributed in three mesoregions of the State: Backwoods Sertão (Água Branca), Rural Agreste (Girau do Ponciano and Palmeira dos Índios) and Coast Litoral (Feliz Deserto, Maragogi and Roteiro). WRF simulations have validated by time series (daily average, monthly average and diurnal cycles), statistical analysis and Weibull distributions. It was also evaluated using WAsP as a tool for calculating the spatial wind speed in microscale. The input data in WAsP, in addition to the WRF model simulations and the preparation of various maps, were all treated and developed in the ArcGIS® software. The results showed greater efficiency in the WRF simulation of wind speed for sites to the interior of Alagoas, with bias less than 1 m.s-1. These estimates were more accurate during the summer season (bias less than 0.5 m.s-1) and more disparate in winter, with average error of up to 3 m.s-1. For the Coast, these values were overestimated by more than 3 m.s-1, except in Maragogi. The wind direction from WRF was calculated with accuracy in all sites, being dominant in the east coast, east to northeast in Rural, and southeast in Água Branca. The annual wind map for WRF for Alagoas showed areas with good potential energy, the magnitude of the wind varies between 7-9 m.s-1 at 50 meters high. Application of the WAsP in the microscale showed good resemblance to the maps obtained in the Wind Atlas of the State of Alagoas - AEEA. The models achieved satisfactory results, but still need to be improved in some respects. / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Com a crescente demanda energética e a oportunidade de exploração de energia renovável (eólica), este trabalho realiza o mapeamento do potencial eólico em Alagoas. Este trabalho é baseado no uso de medições anemométricas entre agosto/2007 a julho/2008, além de ferramentas computacionais: modelo atmosférico de mesoescala (WRF); modelo numérico de microescala (WAsP®); dados de sistemas de informações geográficas (SIG). As estações anemométricas foram distribuídas geograficamente nas três mesorregiões do Estado: Sertão (Água Branca), Agreste (Girau do Ponciano e Palmeira dos Índios) e Litoral (Feliz Deserto, Maragogi e Roteiro). As simulações do WRF foram validadas através de séries temporais (médias diárias, mensais, ciclos diurnos), análises estatísticas e Distribuições de Weibull. Avaliaram-se ainda o uso do WAsP como ferramenta para cálculo espacial da velocidade do vento em microescala. Os dados de entrada no WAsP, além das simulações do modelo WRF e da elaboração de diversos mapas, foram todos tratados e desenvolvidos no software ArcGIS®. Os resultados mostraram que houve maior eficiência do WRF nas simulações da velocidade do vento para sítios do interior alagoano, com bias inferior a 1 m.s-1. Estas estimativas foram mais precisas durante a estação do verão (bias menor que 0,5 m.s-1) e mais discrepantes no inverno, com erro médio de até 3 m.s-1. Para o litoral, estes valores foram superestimados em mais de 3 m.s-1, exceto em Maragogi. A direção do vento do WRF foi calculada com acerto em todos os sítios, sendo dominante de leste no litoral, leste a nordeste no agreste, e sudeste em Água Branca. O mapa eólico anual do WRF para Alagoas apresentou áreas com bom potencial energético, cuja magnitude do vento varia entre 7 a 9 m.s-1 em 50 metros de altura. A aplicação do WAsP na microescala mostrou boa semelhança aos mapas obtidos no Atlas Eólico do Estado de Alagoas AEEA. Os modelos atingiram resultados satisfatórios, porém ainda precisam ser aperfeiçoados em alguns aspectos.

Submitted by Leonardo Cavalcante (leo.ocavalcante@gmail.com) on 2018-06-06T13:56:18Z No. of bitstreams: 1 Arquivototal.pdf: 1746391 bytes, checksum: 3bd0cbedc8c2f8dd1f17638d76dfd1aa (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-06T13:56:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Arquivototal.pdf: 1746391 bytes, checksum: 3bd0cbedc8c2f8dd1f17638d76dfd1aa (MD5) Previous issue date: 2016-03-30 / The Brazil has wind potential to be exploited able to diversify the national energy matrix. But the wind industry in the State of Paraiba is facing several problems that could threaten the sustainability of this sector, limiting the growth of this source in the state. This work has as problematic and objective to identify the level of sustainability of wind power venture Barra of Camaratuba-PB. So this applied study, of quali-quanti approach, and considering the purposes, exploratory, descriptive, with case study and statistical analysis. Data collection instruments is: search bibliographic, interviews, direct observation, document analysis and questionnaire. For data analysis was used the techniques of triangulation of data, Spearnam correlation test and analysis of fractals sustainability and analysis Swot. When investigating the community Barra of Camaratuba-PB identified the predominance of illiterate residents and of without qualification. The main economic activities of the region are fishing and agriculture. By applying fractals sustainability, it was found that the Economic-Social correlation obtained the highest number of corrections between variables, characterized as the main indicator for assessing the socio-economic sustainability of the community. The wind farm project has not generated employment and income, by contrast, increased local inequality. Had negative effects we on social, economic and environmental aspects: prevent the continuation of agricultural and livestock activities, withdraw the "man of the field", caused deforestation and / or suppression of local landscape and changes in the dunes. According to Agência Reguladora de Energia da Paraíba (ARPB), the state of Paraiba's has main bottleneck logistics infrastructure. About Superintendência de Administração do Meio Ambiente da Paraíba (SUDEMA), highlighted the lack of specific professional and regulations to guide the implementation of wind farms in the state of Paraiba. Therefore, it is concluded that there is sustainability of wind power venture Barra Camaratuba-PB. / O Brasil tem potencial eólico a ser explorado e capaz de diversificar a matriz energética nacional. Porém, o setor eólico no Estado da Paraíba vem enfrentando diversos problemas que podem ameaçar a sustentabilidade desse setor, limitando o crescimento desta fonte no Estado. Esta pesquisa tem como problemática e objetivo identificar o nível de sustentabilidade do empreendimento eólico de Barra de Camaratuba-PB. É caracterizada por sua natureza aplicada, de abordagem quali-quantitativa, considerando fins, exploratória e descritiva, e os meios, bibliográfico, estudo de caso e de análises estatísticas. Os instrumentos de coleta de dados abrangeram a: pesquisa bibliográfica, entrevista, observação direta, análise documental e o questionário. Para a análise dos dados, foram utilizadas as técnicas de triangulação dos dados, teste de correlação de Spearnam e a análise dos fractais da sustentabilidade, e análise Swot. Ao investigar a comunidade de Barra de Camaratuba- PB, identificou-se a predominância de moradores semianalfabetos e a falta de qualificação da mão de obra. As principais atividades econômicas da região são a pesca e a agricultura. Ao aplicar os fractais da sustentabilidade verificou-se que a correlação econômica-social obteve maior número de correções entre as variáveis, caracterizando-se como o principal indicador para avaliar a sustentabilidade socioeconômica da comunidade. Ao contrário do esperado, o empreendimento eólico não gerou emprego e renda, contrariamente, aumentou a desigualdade local. Teve efeitos negativos nos aspectos sociais, econômicos e ambientais: impediu a continuidade das atividades agrícolas e pecuárias, afastou o homem do campo, provocou desmatamento e/ou supressão da paisagem local e alterações nas dunas. Segundo a Agência de Regulação do Estado da Paraíba (ARPB), o principal gargalo é a infraestrutura logística. Sobre a Superintendência de Administração do Meio Ambiente (Sudema), evidenciou-se a falta de profissionais e normativas específicas que norteiem a implantação dos empreendimentos eólicos no Estado da Paraíba. Portanto, conclui-se que não há sustentabilidade no empreendimento eólico de Barra de Camaratuba-Pb.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This dissertation deals with the design of a robust current control loop applied to voltage source inverters connected to the grid thought LCL-filter used in distributed generation systems. The utilization of the LCL-filter bring the need of damping the characteristic resonance of the filter. Two alternatives are generally considered in the literature. The passive damping, that add a passive element, generally a resistor or a additional passive element in the filter circuit and the active damping, that introduce a specific controller in the inverter current control loop. The active damping present more flexibility in the implementation and do not present energy losses like passive damping, so is the preferred damping method in high power applications. The main challenge to the damping method is keep the performance and avoid instability and controllers interactions even when impedance variations occur in the grid. In this dissertation, are proposed two control schemes for achieve the active damping of the filter resonance. In the first one, a robust partial state feedback is derived to allocate the poles of the LCL-filter inside the unity ratio circle for a given grid impedance variation. The feedback gains are obtained by a LMI condition that assure robust pole location in a pre-establish region of the unity ratio circle. In the second method, is proposed a predictive state estimator based on the multirate observers theory. This estimator allow feeding back the estimated stated by the measure of only one state variable. Moreover, the predictive action of the observer, eliminate the time delay of the control loop improving the stability margins of the system. Experimental results of a setup of 10kW DSP based are presented. / Esta dissertação de mestrado trata do projeto de uma malha de controle de corrente robusta para inversores alimentados em tensão conectados à rede através de filtro-LCL, utilizados em sistemas de geração distribuída. A utilização do filtro-LCL traz consigo a necessidade do amortecimento adequado da ressonância característica deste filtro. Dois tipos de amortecimento são apresentados na literatura para solucionar este problema. O amortecimento passivo, que consiste na introdução de um resistor ou filtro passivo adicional no circuito e o amortecimento ativo, que é baseado na introdução de um controlador digital específico na malha de controle de corrente do inversor. O amortecimento ativo, por apresentar maior flexibilidade de implementação e não apresentar perdas de energia, é o método preferencialmente utilizado. O principal desafio na utilização do amortecimento ativo é manter um desempenho satisfatório na presença de incertezas na impedância da rede no ponto de conexão. Neste trabalho, são propostas duas técnicas de amortecimento ativo robusto. Na primeira delas, uma retroação parcial de estados robusta é obtida para alocar os pólos da planta numa região contida no círculo unitário para uma dada faixa de variação de impedância da rede. Os ganhos da retroação de estados são obtidos a partir de um sistema de desigualdades matriciais lineares (LMI), que garantem alocação robusta dos pólos do sistema afetado por incertezas paramétricas e por atraso de transporte. No segundo método é proposto um estimador preditivo de estados baseado em observadores por múltiplas amostras, que permite fazer a retroação de estados estimados a partir da medida de apenas um dos estados da planta. Além disso, elimina o atraso de transporte da implementação digital aumentando a robustez do sistema. Resultados experimentais de um inversor de 11 kW controlado por um DSP de ponto fixo, conectado à rede com um filtro-LCL são apresentados para validar as analises desenvolvidas e demonstrar o bom desempenho dos controladores propostos.

Made available in DSpace on 2014-12-17T13:53:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LanaVLCS_DISSERT.pdf: 716391 bytes, checksum: b33e1111ab67ab2b0d5834afe0fe5855 (MD5) Previous issue date: 2014-06-27 / Universidade Federal do Rio Grande do Norte / The consumption of energy on the planet is currently based on fossil fuels. They are responsible for adverse effects on the environment. Renewables propose solutions for this scenario, but must face issues related to the capacity of the power supply. Wind energy offshore emerging as a promising alternative. The speed and stability are greater winds over oceans, but the variability of these may cause inconvenience to the generation of electric power fluctuations. To reduce this, a combination of wind farms geographically distributed was proposed. The greater the distance between them, the lower the correlation between the wind velocity, increasing the likelihood that together achieve more stable power system with less fluctuations in power generation. The efficient use of production capacity of the wind park however, depends on their distribution in marine environments. The objective of this research was to analyze the optimal allocation of wind farms offshore on the east coast of the U.S. by Modern Portfolio Theory. The Modern Portfolio Theory was used so that the process of building portfolios of wind energy offshore contemplate the particularity of intermittency of wind, through calculations of return and risk of the production of wind farms. The research was conducted with 25.934 observations of energy produced by wind farms 11 hypothetical offshore, from the installation of 01 simulated ocean turbine with a capacity of 5 MW. The data show hourly time resolution and covers the period between January 1, 1998 until December 31, 2002. Through the Matlab R software, six were calculated minimum variance portfolios, each for a period of time distinct. Given the inequality of the variability of wind over time, set up four strategies rebalancing to evaluate the performance of the related portfolios, which enabled us to identify the most beneficial to the stability of the wind energy production offshore. The results showed that the production of wind energy for 1998, 1999, 2000 and 2001 should be considered by the portfolio weights calculated for the same periods, respectively. Energy data for 2002 should use the weights derived from the portfolio calculated in the previous time period. Finally, the production of wind energy in the period 1998-2002 should also be weighted by 1/11. It follows therefore that the portfolios found failed to show reduced levels of variability when compared to the individual production of wind farms hypothetical offshore / O consumo de energia no planeta ? atualmente baseado no uso de combust?veis f?sseis. Eles s?o respons?veis por efeitos negativos sobre o meio-ambiente. As energias renov?veis prop?em solu??es para esse cen?rio, mas devem encarar quest?es relacionadas ? capacidade de fornecimento de energia. A energia e?lica offshore desponta como uma alternativa promissora. A velocidade e estabilidade dos ventos s?o maiores sobre oceanos, mas a variabilidade dos mesmos pode provocar flutua??es inconvenientes ? gera??o de energia el?trica. Para diminuir isso, uma combina??o de parques e?licos distribu?dos geograficamente foi proposta. Quanto maior a dist?ncia entre eles, menor a correla??o entre a velocidade dos ventos, aumentando a probabilidade de que produzam conjuntamente um sistema de energia mais est?vel, com menos flutua??es da produ??o de energia. O uso eficiente da capacidade de produ??o dos parques e?licos, entretanto, depende da distribui??o deles em ambientes mar?timos. O objetivo desta pesquisa foi analisar a aloca??o ?tima de parques e?licos offshore na costa leste dos EUA, atrav?s da Moderna Teoria de Carteiras. A Moderna Teoria de Carteiras foi empregada de modo que o processo de constru??o das carteiras de energia e?lica offshore contemplasse a particularidade da intermit?ncia dos ventos, atrav?s dos c?lculos de retorno e risco da produ??o dos parques e?licos. A pesquisa foi desenvolvida com 25.934 observa??es de energia, produzidas por 11 parques e?licos offshore hipot?ticos, a partir da instala??o simulada de 01 turbina oce?nica com capacidade m?xima de 5 MW. Os dados apresentam resolu??o de tempo hor?ria e cobrem o per?odo entre 01 de janeiro de 1998 at? 31 de dezembro de 2002. Por meio do software Matlab R , foram calculadas seis carteiras de m?nima vari?ncia, cada qual para um per?odo de tempo distinto. Diante da desigualdade da variabilidade dos ventos no tempo, estabeleceu-se quatro estrat?gias de rebalanceamento para avaliar o desempenho das carteiras calculadas, o que possibilitou identificar a mais ben?fica ? estabilidade da produ??o de energia e?lica offshore. Os resultados apontaram que a produ??o de energia e?lica dos anos de 1998, 1999, 2000 e 2001 deve ser ponderada pelos pesos das carteiras calculadas nos mesmos per?odos, respectivamente. Os dados de energia de 2002 devem utilizar os pesos oriundos da carteira calculada no per?odo de tempo anterior. Por fim, a produ??o de energia e?lica do per?odo entre 1998-2002 deve ser igualmente ponderada por 1/11. Conclui-se assim que as carteiras encontradas conseguiram demonstrar n?veis de variabilidade reduzidos quando comparados aos da produ??o individual dos parques e?licos offshore hipot?ticos

A inserção e a expansão da geração distribuída (GD) trazem desafios intrínsecos relacionados, sobretudo, a confiabilidade e operação do sistema elétrico de potência (SEP), o que resulta em uma mudança de paradigma imposta aos sistemas de distribuição de energia. Dentre os desafios e oportunidades associados à geração distribuída, destaca-se a operação ilhada dos sistemas de distribuição e microrredes. Nesse contexto, esse trabalho propõe estratégias operacionais e de controle para viabilizar a operação de sistema eólicos. O controle proposto baseia-se em uma malha de controle suplementar, adicionada à malha de controle de velocidade da unidade eólica. A malha de controle proposta consiste em uma quebra de paradigma para o controle da tensão no barramento CC, pois nos sistemas tradicionais essa tensão é normalmente controlada apenas pelo banco de baterias. Através do controle suplementar proposto, torna-se possível reduzir o número e a duração de atuações do banco de baterias, aumentando sua vida útil. Propõe-se ainda, como contribuição, uma metodologia para o dimensionamento mínimo do sistema de armazenamento de energia baseado em banco de baterias para permitir a operação ilhada autônoma de sistemas eólicos. Esse dimensionamento considera um degrau de carga máximo que deverá ser atendido pelo sistema. Por fim, as estratégias operacionais e de controle propostas em conjunto com o sistema de armazenamento de energia são avaliadas e validadas por meio de análises matemáticas e simulações no domínio do tempo utilizando o sistema proposto. Os resultados obtidos demonstraram que o controle proposto permitiu a operação autônoma de um sistema eólico baseado em gerador síncrono com conversor estático completo. / The insertion and expansion of distributed generation bring about intrinsic challenges, especially concerning to the reliability and operation of the electric power system, which results in a paradigm shift imposed on power distribution systems. Among the challenges and opportunities associated to distributed generation, the islanded operation of distribution systems and microgrids has grown considerably. In this context, this paper proposes operational and control strategies to properly allow the operation of a wind generation system. The proposed control is based on a supplementary control loop, added to the speed control loop of the wind turbine. The proposed control loop consists of a paradigm shift to control the DC-link voltage, since in traditional systems the DC-link voltage is usually controlled only by the BESS. The proposed supplementary control loop reduces the number and duration of the BESS actuations. Furthermore, the proposed strategy can contribute to enhance the reliability and the life cycle of the energy storage device. This work also proposes a new methodology for minimum sizing of battery energy storage systems to allow the islanded operation of wind power systems. The methodology considers a maximum load step to be supplied by the system. Finally, the proposed control and operational strategies with the BESS are evaluated and validated throughout mathematical analysis and simulation in the time domain using the proposed system. The proposed control strategy was effective in regulating the DC-link voltage, allowing the islanded operation of a wind power system based on synchronous generator with full-size power converters.

CAPES / A geração de energia a partir de fontes alternativas é na atualidade tema de inúmeras pesquisas e desenvolvimento no meio científico e industrial. A energia eólica destaca-se nesse cenário como uma das mais proeminentes alternativas na geração de energia elétrica, por suas inúmeras vantagens. Em trabalhos de pesquisa, a reprodução computacional e em bancada do comportamento de uma turbina eólica, incluindo simulação de grandezas mecânicas e elétricas, que afetam diretamente a conversão de energia, são ferramentas muito apropriadas para o desenvolvimento e estudo de novas tecnologias quanto ao aproveitamento do potencial eólico de uma determinada região. Este trabalho aborda estudos referentes ao processo de conversão de energia em sistemas eólicos para geração de energia elétrica, com a finalidade de se desenvolver uma ferramenta para emulação de turbina eólica em bancada experimental, utilizando software LabVIEW®. O objetivo desta ferramenta é emular o torque mecânico desenvolvido no eixo de uma turbina eólica operando em geração distribuída, a partir de uma bancada experimental constituída por motor de indução trifásico e gerador síncrono a imã permanente, sob diferentes condições de velocidade de vento. Tal ferramenta possui o objetivo de ser flexível para demais arranjos laboratoriais, ou seja, capaz de ser empregada em outras estruturas de emulação de geração eólica em tempo real. Uma modelagem do sistema eólico é apresentada, desde a turbina ao gerador elétrico, após uma ferramenta de simulação em ambiente Matlab/Simulink® é desenvolvida com finalidade de pré-validar o experimento em bancada, então é realizada a implementação de projeto em bancada. / Power generation from alternative sources is at present the subject of numerous research and development in science and industry. Wind energy stands out in this scenario as one of the most prominent alternative in the generation of electricity, by its numerous advantages. In research works, computer reproduction and experimental behavior of a wind turbine are very suitable tools for the development and study of new technologies and the use of wind potential of a given region. These tools generally are desired to include simulation of mechanical and electrical parameters that directly affect the energy conversion. This work presents the energy conversion process in wind systems for power generation, in order to develop a tool for wind turbine emulation testing experimental, using LabVIEW® software. The purpose of this tool is to emulate the torque developed in an axis wind turbine. The physical setup consists of a three phase induction motor and a permanent magnet synchronous generator, which are evaluated under different wind speed conditions. This tool has the objective to be flexible to other laboratory arrangements, and can be used in other wind power generation structures in real time. A modeling of the wind power system is presented, from the turbine to the electrical generator. A simulation tool is developed using Matlab/Simulink® with the purpose to pre-validate the experiment setup. Finally, the design is implemented in a laboratory setup.

CAPES / A difusão da geração distribuída e das microrredes, bem como a crescente expansão do uso de energias renováveis, como a eólica, trazem desafios e oportunidades relacionados à operação e controle de sistemas elétricos. Em sistemas sujeitos à operação ilhada, a capacidade de restabelecimento é fundamental para que o suprimento de energia seja retomado após a ocorrência de um desligamento. Esta tarefa pode ser de difícil execução, uma vez que desbalanços de potência significativos podem ocorrer, decorrentes da energização da rede e de variações na disponibilidade de energia primária. Neste contexto, o presente trabalho propõe a adoção de estratégias operacionais e de controle que possibilitem a execução do processo de restabelecimento em microrredes híbridas eólico-diesel com alto nível de inserção de geração eólica, sem a adoção de sistemas de armazenamento de energia. A proposta é baseada em duas malhas de controle suplementares para uma unidade eólica de conversor pleno, que habilita a unidade eólica para contribuir com a regulação de frequência durante o restabelecimento da microrrede. Os dois controladores propostos são excitados pelo erro de frequência do sistema e atuam somente quando as cargas do sistema são energizadas. Um dos controladores suplementares tem o objetivo de extrair energia cinética da turbina eólica, através da atuação na referência de velocidade da turbina nas malhas de controle do conversor do lado do gerador. O segundo controlador suplementar é projetado para extrair temporariamente energia elétrica armazenada no barramento CC da unidade eólica, por meio de um deslocamento temporário da referência de tensão do barramento CC nas malhas de controle do conversor do lado da rede. A energia extraída da turbina eólica e do barramento CC é transmitida ao sistema para mitigar o desbalanço de potência causado por um incremento de carga. Assim, as estratégias de controle propostas previnem afundamentos excessivos de frequência durante o restabelecimento de sistemas com baixa inércia. Para o projeto dos controladores propostos, uma técnica de otimização baseada em algoritmos genéticos foi utilizada. O desempenho do sistema é comparado em dois diferentes modos de operação, gerador diesel operando em modo Vf e unidade eólica operando em modo Vf. Resultados obtidos por meio de simulações não lineares no domínio do tempo demostram a efetividade das estratégias propostas. / The diffusion of distributed generation and microgrids, as well as the growing expansion of renewable energy, like wind power, bring challenges and opportunities related to the operation and control of electrical power systems. In systems exposed to islanded operation, the black start capability is fundamental to restore the energy supply after the occurrence of a blackout. The black start is usually a difficult operational event, since significant power unbalances may occur in the system. The present work proposes operational and control strategies that make possible the black start of wind-diesel microgrids with high penetration level of wind generation, without the adoption of energy storage systems. The proposed control approach is based on two supplementary control loops for a fully rated converter wind turbine, which enable the wind unit to contribute to the frequency regulation during the black start of a stand-alone system. Both the proposed controllers employ the system frequency error as input signal and act only when the system loads are energized. One of the supplementary controllers seeks to extract kinetic energy from the wind turbine, by modifying the speed reference of the wind turbine in the typical control loop of the rotor-side converter. The second supplementary controller is designed to temporarily extract electrical energy from the DC-link capacitor, by acting in the reference of the DC-link voltage in the typical control loop of the grid-side converter. The energy extracted from the wind turbine and DC-link capacitor is injected into the grid to mitigate the power unbalance caused by the load energization. Thus, the proposed control strategies prevent excessive frequency drops during the load energization of low inertia stand-alone systems in restoration procedures. The design of the proposed controllers was performed by a genetic algorithm optimization technique. The performance of the system is compared in two different operation modes, diesel generator operating in Vf control mode and wind generation unit operating in Vf control mode. Results obtained by nonlinear time domain simulations demonstrate the effectiveness of the proposed control approach.

Orientador: Odivaldo José Seraphim / Banca: Luiz Francisco da Cruz / Banca: Eduardo Antonio Sleiman / Resumo: O uso de energias alternativas e renováveis tem sido cada vez mais discutido em todos os setores da sociedade. O interesse nessas fontes de energias, alternativas e renováveis, é de fundamental importância, tanto no que se refere à escassez, quanto ao preço do petróleo, além das questões ambientais envolvidas no uso dessas energias. Sistemas de geração eólica e fotovoltaica com armazenamento de energia em baterias tem-se apresentado como uma forma de geração alternativa de energia. A variabilidade na intensidade da energia eólica e solar pode ser contornada pela complementação entre uma fonte e outra, ou pela maior estabilidade configurada à geração do sistema. O objetivo desta dissertação é criar uma metodologia fuzzy e simular seu uso no controle inteligente de um sistema híbrido de geração de energia elétrica, utilizando as energias solar-fotovoltaica e eólica. Quando utilizamos um sistema de controle baseado na lógica fuzzy, é atingido o ponto de máxima geração de energia, desta forma transferindo toda a energia gerada à partir das fontes alternativas, solar-fotovoltaica e eólica, à carga e/ou as baterias quando seu uso não imediato. O modelo utilizado adota três variáveis de entrada, que são: velocidade do vento, radiação solar e carga do banco de baterias.Serão utilizados para as simulações alguns softwares como o MATLAB e outros, que serão citados ao longo do trabalho. Nestes ambientes serão analisadas e simuladas todas as modelagens matemáticas, regras e demais variáveis descritas no sistema fuzzy. Este modelo foi utilizado para a implementação de um sistema de controle de sistemas híbridos de geração de energia, proporcionando o melhor aproveitamento das fontes de energia, sol e vento, de modo que possamos extrair o máximo de energia possível dessas fontes alternativas sem nenhum prejuízo ao meio ambiente...(Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The use of alternative and renewable energy has been increasingly discussed in all sectors of society. The interest in these sources of energy, alternative and renewable, it is of fundamental importance, both in terms of shortage, as the price of oil, in addition to the environmental issues involved in the use of these energies. Systems with photovoltaic and wind generation storage of energy in batteries has been presented as a form of alternative energy generation. The variability in the intensity of solar and wind energy can be circumvented by complementation between a source and another, or the more stable set to the generation of the system. The objective of this dissertation is to create a methodology fuzzy and simulate their use in intelligent control of a hybrid system of generating power, using the energy solar-photovoltaic and wind.When you use a system of control based on fuzzy logic, is reached the point of maximum generation of energy, thus transferring all the energy generated on the basis of alternative sources, solar, photovoltaic and wind, to the load and / or batteries when its use not immediately. The model takes three variables of entry, which are: wind speed, solar radiation and loading the bank of batteries. The simulations will be used for some software such as MATLAB and others, that will be cited during the work. In these environments will be analyzed and simulated all mathematical modeling, rules and other variables in the system described fuzzy. This model could be used in the implementation of a system of control of hybrid systems to generate energy, providing the best use of energy sources, sun and wind, so we can extract the maximum energy possible these alternative sources without any prejudice to the environment. The work was developed in the Laboratory of Energização Rural, of the Department of Rural Engineering of UNESP - FCA...(Complete abstract, click electronic access below) / Mestre