A utilização de fontes de energias renováveis vem a cada dia se destacando como forma de suprir um mundo em constante desenvolvimento tecnológico e crescimento econômico. O crescimento de uma economia é sempre acompanhado por um aumento da demanda de energia, e em tempos de aquecimento global e consciência ecológica, a busca pelo maior uso de fontes de energia renováveis passa a ocupar uma posição de destaque. O fato de mais de 8 milhões de pessoas, ou 5,2% da população, ainda esperarem pela disponibilidade de energia elétrica no Brasil, deve levar ao estudo e desenvolvimento de alternativas que preencham essa lacuna, e proporcionem uma maior qualidade de vida. Programas de incentivo criados pelo governo, como LUZ PARA TODOS, e o PRODEEM, e o potencial apontado pela energia dos ventos no Brasil, motivaram um estudo sobre como a reservação de energia hidráulica poderia afetar o uso da energia eólica em sistemas isolados. Este trabalho teve por objetivo estudar a influência das diversas variáveis presentes em um sistema de reservação de energia hidráulica, visando explorar o uso da energia eólica, e garantir o atendimento da crescente demanda energética. Através de simulações numéricas, utilizando o programa Visual Basic, variáveis como cotas entre reservatórios, proporção entre demanda e potências instaladas, e diferentes capacidades de reservatórios foram exploradas, e através do uso de reservatórios hidráulicos, foi possível elevar o atendimento de demandas em sistemas isolados de menos de 50% em sistemas convencionais, para 99,6% em sistemas com reservação hidráulica, e obter custos de energia próximos dos US$90/MWh. Estes dados situam o sistema de geração de energia eólica com reservação hidráulica em sistemas isolados dentro da faixa de atendimento e custos praticados atualmente, e abrem caminho para futuros estudos, avaliando diferentes regimes de ventos, ou aplicando a tecnologia de reservação hidráulica a outras fontes de energia renováveis, como a energia proveniente das ondas, por exemplo. / The use of renewable energy sources to supply a world in constant technological and economical development is a growing trend. A growing economy is always followed by an increased demand, and in a time of global warming and ecological awareness, the seeking for major renewable energy use takes a prominent position. In a continental country such as Brazil, the fact that 8 million people, or about 5.2% of population, are still waiting for electric energy, leads to the study and development of alternatives to fill this gap and to provide a better life quality. Incentive programs, by the Brazilian government, as LUZ PARA TODOS, and PRODEEM, and the great potential seen in the wind energy in Brazil, motivated a study about how pumped storage may affect the wind generation for isolated systems. The main goal of this work is to understand the influence of the several variables present on a pumped storage system, as a way to better use the wind energy, and to ensure the supply of the growing energy demand. Variables as vertical heads, demand to installed power ratio, and different reservoir capacities are studied, and by the use of hydraulic reservoirs, the feasibility of increasing the wind energy supply, from the 50% in conventional systems up to 99.6% on a pumped storage scheme, while obtaining energy costs around US$90/MWh, is demonstrated. These results place the pumped storage wind power within the expected supply reliability and energy cost levels actually practiced, and suggest future studies, evaluating different wind regimes, or applying the pumped storage technology to other renewable energy sources, such as ocean waves for example.

LEANDRO FILHO, F. de A. Avaliação estrutural de sistemas de geração de energia eólica de pequeno porte utilizando métodos estocásticos. 2012. 80 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2012. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2013-01-18T12:31:29Z No. of bitstreams: 1 2012_dis_faleandrfilho.pdf: 2022816 bytes, checksum: 95c9a7f46c7fbe4d519f8ff594aa0b1f (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2013-02-14T13:46:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_dis_faleandrfilho.pdf: 2022816 bytes, checksum: 95c9a7f46c7fbe4d519f8ff594aa0b1f (MD5) / Made available in DSpace on 2013-02-14T13:46:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_dis_faleandrfilho.pdf: 2022816 bytes, checksum: 95c9a7f46c7fbe4d519f8ff594aa0b1f (MD5) Previous issue date: 2012 / A structural evaluation of wind turbines is an issue that depends on many variables such as the wind regime, type and size of the wind turbine as well as the uncertainties related to these factors. To enter these uncertainties are established probability distributions for the physical parameters of the medium. In this paper, we propose a probabilistic structural analysis using the finite element method to evaluate the uncertainties associated with wind power generation. Assesses the response of the structure to random loads, for an analysis of system stability. With this purpose we developed a finite element model based on ANSYS R platform able to faithfully reproduce the behavior of the tower subjected to wind loads produced by wind in spades. A statistical approach, we determined the solution modal and dynamic response with respect to random wind loads. We used Monte Carlo method as the method of probabilistic analysis. Once charging is considered the random objective was to determine the variation of output parameters, given the initial uncertainties, analyze the characteristics of material properties, stresses, displacements, natural frequencies and frequency response of the structure to randomness of the wind. We analyzed the influence of each uncertainty about the response in the frequency domain. From the results, it can be concluded that the numerical tool used may represent efficiently models of stochastic processes in structures for wind power generation and perform sensitivity analysis of dynamic variables involved. / A avaliação estrutural de turbinas eólicas é um problema que depende de diversas variáveis tais como o regime de ventos, tipo e dimensões da turbina eólica, bem como das incertezas relacionadas a esses fatores. Para inserir essas incertezas, são estabelecidas distribuições de probabilidade para os parâmetros físicos do meio. No presente trabalho, propõe-se uma análise estrutural probabilística utilizando o método de elementos finitos para avaliação das incertezas associadas à geração de energia eólica. Avalia-se a resposta da estrutura a cargas aleatórias, para uma análise de estabilidade do sistema. Com esse intuito foi desenvolvido um modelo de elementos finitos baseado na plataforma ANSYS R capaz de reproduzir com fidelidade o comportamento da torre eólica submetida à cargas produzidas pelo vento nas pás. Através de uma abordagem estatística, foi determinada a solução modal e a resposta dinâmica com respeito a cargas de vento aleatórias. Utilizou-se o método Monte Carlo como o método de análise probabilística. Uma vez que o carregamento é considerado aleatório o objetivo foi determinar a variação dos parâmetros de saída, dadas as incertezas iniciais, analisar as características das propriedades dos materiais, tensões, deslocamentos, frequências naturais e da resposta de frequência da estrutura a aleatoriedade do vento. Analisou-se a influência de cada incerteza sobre a resposta no domínio da frequência. A partir dos resultados, pode-se concluir que a ferramenta numérica utilizada é capaz de representar de forma eficiente modelos de processos estocásticos em estruturas para a geração de energia eólica e realizar a análise de sensibilidade das variáveis dinâmicas envolvidas.

ALMEIDA, M. S. de. Implementação computacional para desenvolvimento de pás de turbinas eólicas de eixo horizontal. 2013. 125 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2013-04-17T16:45:18Z No. of bitstreams: 1 2013_dis_msdealmeida.pdf: 3030063 bytes, checksum: 76497e5dedcbe4e0b80d03985cf7f4a3 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2013-04-17T18:03:08Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_dis_msdealmeida.pdf: 3030063 bytes, checksum: 76497e5dedcbe4e0b80d03985cf7f4a3 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-04-17T18:03:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_dis_msdealmeida.pdf: 3030063 bytes, checksum: 76497e5dedcbe4e0b80d03985cf7f4a3 (MD5) Previous issue date: 2013 / The aerodynamic design of a wind rotor aims to optimize the operating parameters, so that this provides a more efficient system operation in which it is used. This work consists in creating a software in C + + language through the integrated development environment C + + Builder, via a classic method of wind turbines design based on the Blade Element Momentum Theory (BEM). The software provides the user with geometric data for building, such as curved taper of the blade and torsion based on the airfoils data used. The power curve analysis is performed and displayed via a characteristic plot. The software predicts performance changes due to losses by the tip and the root of the blade, and also shows, among other things, the distribution of maximum loads along the blade, in the operating range desired by the user. The power delivered by the turbine can be calculated using wind speed data. / O projeto aerodinâmico de um rotor eólico visa a otimização dos parâmetros de funcionamento, para que este forneça uma maior eficiência no regime de operação em que é utilizado. O presente trabalho consiste na criação de um software em linguagem C++, por meio do ambiente de desenvolvimento integrado C++Builder, através de um método clássico de projeto de turbinas eólicas baseado na Teoria do Momento do Elemento de Pá (BEM). O software fornece ao usuário dados geométricos de construção, como curvas de afilamento e torção da pá com base nos dados dos aerofólios utilizados. A análise da curva de potência é feita e mostrada através de um gráfico característico. O software prediz as alterações de desempenho devido às perdas pela ponta e pela raiz da pá, e também informa, entre outras coisas, a distribuição das cargas máximas ao longo da mesma, de acordo com a faixa de operação desejada pelo usuário. A potência fornecida pelo aerogerador pode ser calculada através de dados de velocidade dos ventos.

FERNANDES, M. P. G. Calibração do modelo de turbulência k-ω SST para turbinas eólicas de pequeno porte através de avaliação numérica e experimental. 2013. 48 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2013-05-15T13:48:29Z No. of bitstreams: 1 2013_dis_mpgfernandes.pdf: 1350291 bytes, checksum: 7000082527d3af0732e24920ee1f038a (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2013-05-21T18:06:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_dis_mpgfernandes.pdf: 1350291 bytes, checksum: 7000082527d3af0732e24920ee1f038a (MD5) / Made available in DSpace on 2013-05-21T18:06:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_dis_mpgfernandes.pdf: 1350291 bytes, checksum: 7000082527d3af0732e24920ee1f038a (MD5) Previous issue date: 2013 / In this work it was performed a numerical and experimental investigation of the aerodynamic performance of two small three-bladed wind turbines with diameter of 3m. The airfoils used, NACA 0012 (symmetrical) e NACA 4412 (unsymmetrical), were designed for low speed applications, such as the horizontal axis wind turbines. The wind turbines were built and tested at the Solar Energy and Natural Gas Laboratory –UFC. This allowed the attainment of the performance curves, enabling the comparison between the results of the numerical analysis. In order to calibrate the turbulence model k-ω SST to applications in small wind turbines, it was performed numerical simulations using the open source package for CFD solutions OpenFOAM, version 1.7.1. The numerical and experimental results were compared, in a way that, from the variation of parameters such as turbulence intensity, characteristic length and β* (calibration constant), it can be concluded that the numerical results were little sensitive to the first two parameters, while the variation of β* impacted significantly the numerical results. The change of airfoil did not modify the value of β* that best adjusted the result. This, beyond the success of the calibration process, indicates that the camber did not affect the calibration of the turbulence model, which is very positive because it allows an evaluation of different scenarios, such as blades designed with other airfoils. / No presente trabalho foi realizada a investigação numérica e experimental do desempenho aerodinâmico de dois aerogeradores tripá de pequeno porte com 3 m de diâmetro. Os perfis aerodinâmicos utilizados, NACA 0012 (simétrico) e NACA 4412 (cambado), foram projetados para aplicações em baixas velocidades, como é o caso de turbinas eólicas de eixo horizontal. Os aerogeradores foram construídos e testados no Laboratório de Energia Solar e Gás Natural - UFC. Isto permitiu a determinação das curvas de desempenho dos mesmos, possibilitando a comparação posterior com os resultados da análise numérica. A fim de calibrar o modelo de turbulência k-ω SST para aplicação em turbinas eólicas de pequeno porte, foram realizadas simulações numéricas utilizando o pacote de CFD OpenFOAM, versão 1.7.1. Os resultados numéricos e experimentais foram comparados, de tal forma que, a partir da variação de parâmetros como intensidade de turbulência, comprimento característico turbulento e β* (constante de calibração do modelo), pode-se concluir que os resultados numéricos foram pouco sensíveis aos dois primeiros parâmetros, enquanto a variação de β* impactou de forma significativa os resultados numéricos. A mudança do aerofólio não alterou o valor de β* que melhor ajustou o resultado. Isto, além do sucesso do processo de calibração, indica que a cambagem não influenciou na calibração do modelo de turbulência, o que é muito positivo, pois permite uma avaliação de cenários diferentes, tal como pás projetadas com outros perfis aerodinâmicos.

SANTOS, N. Q. Ceará e a tendência de uma matriz energética com geração predominantemente eólio-elétrica. 2015. 144 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-12-10T18:53:42Z No. of bitstreams: 1 2015_dis_nqsantos.pdf: 6143979 bytes, checksum: 622bd05fa04f2f8870d98afc3db78ebf (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2015-12-18T13:12:40Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_dis_nqsantos.pdf: 6143979 bytes, checksum: 622bd05fa04f2f8870d98afc3db78ebf (MD5) / Made available in DSpace on 2015-12-18T13:12:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_dis_nqsantos.pdf: 6143979 bytes, checksum: 622bd05fa04f2f8870d98afc3db78ebf (MD5) Previous issue date: 2015-09-29 / Given the current scenery in Brazil, the replacement of the traditional hydrothermal-based power generation model for a hydro/wind-based one is very promising. It is worth to mention that the Brazilian power system has been based on hydropower generation for decades, but the energy matrix was gradually supplemented by the addition of thermal sources derived from fossil fuels. Recently, renewable energy sources such as biomass, solar, and wind have also been included. Within this context, the participation of the wind power has become significant since 2005, while the state of Ceará has shown great potential for the exploitation of such energy resource. In order to support the integration of the wind power to Ceará energy matrix, the profiles of capacity factors are evaluated in this work aiming at energy planning regarding wind farms. Considering the wind farms currently in operation, it can be stated that the hourly average wind speed for the analyzed period is 8.54 m/s for the database among the years 2012 and 2014. The Rayleigh and Weibull distribution functions also allow comparing the capacity factors obtained in simulation tests and actual data for the period between 2009 and 2014, involving 35 wind farms, defined according to the ONS grid procedures. Besides, it is possible to effectively compare the actual capacity factors with the predicted ones. The average capacity factor, which has been determined empirically in operating plants, is 39.9%, while the value corresponding to the distribution function curves, the FCavg, is 48%. Thus, the replacement of the current hydrothermal generation model for a hydro-wind-power-based one, in some regions of Brazil, is viable and of great importance within the current scenery of water reserves. The study also reveals that wind farms now account for 23.7% of the load demand in the state of Ceará, which is currently equal to 2 GWp. It is then possible to increase its contribution to 40%, thus increasing the installed capacity by 12.3%. In other words, it implies increasing the installed power from 1.1 GW to 2 GW, while the average capacity factor of 475 MWavg per year is increased to 800 MWavg, with the consequent diversification of Ceará energy matrix. This difference is estimated at 325 MWavg, which corresponds to more than 30 wind farms rated at 30 MW each / Diante do cenário atual, a substituição do tradicional modelo de geração hidrotérmico para hidroeólioelétrico no Brasil é bastante promissor. Deve-se ressaltar que o sistema elétrico brasileiro tem se baseado, há décadas, na geração hidráulica auxiliada por fontes térmicas oriundas de combustíveis fósseis. Recentemente, fontes de energia renovável como a de biomassa, a solar e a eólica vêm também sendo utilizadas. A participação das fontes eólicas tem sido significante desde 2005, tendo o Estado do Ceará demonstrado grande potencial para exploração desse recurso. Para amparar essa inserção na matriz energética cearense, os perfis dos fatores de capacidades são avaliados, neste trabalho, visando o planejamento de produção de energia elétrica nos parques eólicos. Para os parques eólicos em operação, constata-se que a velocidade média horária dos ventos ao longo do período analisado é de 8,54 m/s, conforme base de dados analisada entre 2012 e 2014. As funções de probabilidade de Rayleigh e Weibull permitiram também comparar os fatores de capacidade encontrados na simulação com os dados verificados, entre os anos 2009 e 2014, em 35 plantas eólicas enquadradas, conforme procedimento de rede do ONS, com o objetivo de avaliar a variação desse indicador. Além disso, é possível analisar comparativamente o valor real dos fatores de capacidade em função dos valores planejados. O fator de capacidade médio, determinado empiricamente, nas plantas em operação é 39,9%, sendo que o valor correspondente às curvas de distribuição de probabilidade da velocidade do vento, o FC médio, é 48%. Dessa forma, conclui-se que a alteração do modelo hidrotérmico para hidroeólicoelétrico para algumas regiões do Brasil é viável e de significativa importância, tendo em vista os cenários atu-ais de nossa reserva hídrica. O estudo ainda permite constatar que os parques eólicos atualmente representam 23,7% de participação da demanda de carga no Estado do Ceará, que corresponde atualmente a 2 GWp. Assim, é perfeitamente possível se alterar a participação para 40%, aumentando-se em 12,3% a capacidade instalada no Estado. Em outros termos, isso significa aumentar a atual participação de 1,1 GW para 2 GW de potência instalada, sendo que o fator de capacidade médio de 475 MW médios ao ano passaria a ser de 800 MW médio, o que permitiria a maior diversificação da matriz energética cearense. Essa diferença é estimada em 325 MW médios, o que corresponde a mais 30 parques eólicos de 30 MW cada.

LIMA, S. A. Estudo de medição e análise do ruído de aerogeradores de grande porte no Estado do Ceará. 90 f. 2015. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-01-13T11:35:07Z No. of bitstreams: 1 2015_dis_salima.pdf: 8284705 bytes, checksum: 2517e82743291d52d5f349e6d2377f73 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2016-01-13T17:08:24Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_dis_salima.pdf: 8284705 bytes, checksum: 2517e82743291d52d5f349e6d2377f73 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-13T17:08:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_dis_salima.pdf: 8284705 bytes, checksum: 2517e82743291d52d5f349e6d2377f73 (MD5) Previous issue date: 2015-09-28 / With the rapid expansion of wind power during the beginning of 21st century in Brazil and worldwide, many wind turbines of different and innovative technologies began operations. Many of the environmental and operational consequences of this expansion are still being studied and evaluated. Among the environmental consequences, one can mention the noise produced by larger diameter wind turbines, whose frequencies are often not audible, although perceptible to the human brain. In this work were made measurements of the noise associated with wind turbines in the state of Ceara. It was initially made the characterization of wind turbine noise, identifying sources, frequencies, composition, intensity and impacts to health. Experimental measurements of sound in large wind generators were made in direct-drive wind turbine generators, in the city of Aracati, State of Ceara, in the light of the international standard IEC 61400-11, documenting the methodology applied in a manner that is easily replicated. The experimental results were processed and analyzed according to the standard. Filters were applied in order to identify the frequency and types of most significant noise in the experiment, comparing them with the literature. The procedures performed and documented may be applied commercially to perform noise measurements under international standard, and in future studies applied to predictive maintenance and environmental engineering. / Com a rápida expansão da Energia Eólica ocorrida no início do Século XXI no Brasil e no mundo, muitos aerogeradores de tecnologias distintas e inovadoras iniciaram suas operações. Muitas das consequências ambientais e operacionais dessa expansão ainda estão sendo estudadas e avaliadas. Entre as consequências ambientais pode-se citar o ruído provocado pelo funcionamento de aerogeradores de maior diâmetro, cujas frequências não são muitas vezes audíveis, ainda que perceptíveis ao cérebro humano. Neste trabalho foram feitas medições do ruído associado a aerogeradores no Estado do Ceará. Foi feita inicialmente a caracterização do ruído de aerogeradores, identificando fontes, frequências, composição, intensidades e impactos à saúde. Foram realizadas medições experimentais de som em Aerogeradores de grande porte do tipo direct-drive na cidade de Aracati, no Estado do Ceará, à luz da norma internacional IEC 61400-11, documentando a metodologia aplicada de forma que seja facilmente replicada. Os resultados experimentais foram tratados e analisados conforme a norma. Filtros foram aplica- dos a fim de se identificar as frequências e o tipos de ruídos mais relevantes no experimento, comparando-os com a literatura. Os procedimentos executados e documentados poderão ser aplicados comercialmente para a realização de medições de ruídos à luz da norma internacional, e em estudos futuros aplicados à manutenção preditiva e à engenharia ambiental.

SANTOS, F. C. B. Retificador trifásico semicontrolado para sistemas eólicos de carregamento de baterias. 2011. 79 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2011. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2013-06-07T13:05:59Z No. of bitstreams: 1 2011_dis_fcbsantos.pdf: 3741476 bytes, checksum: 4bd890d0e4d1bc6213c60277abdc9177 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2013-06-07T17:24:50Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2011_dis_fcbsantos.pdf: 3741476 bytes, checksum: 4bd890d0e4d1bc6213c60277abdc9177 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-06-07T17:24:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2011_dis_fcbsantos.pdf: 3741476 bytes, checksum: 4bd890d0e4d1bc6213c60277abdc9177 (MD5) Previous issue date: 2011-09-05 / The main objective of this work is to build a low cost CA/CC battery charging with high power factor to small energy wind power supply. The proposed topology has been chosen after a review of rectifiers’ characteristics used for this proposal. Unlike the others proposals, the topology was designed take in a count aspects that make it appropriated to operate in remote areas. A semi controlled three phase rectifier operating in high frequency was built with a reduced numbers of semiconductors. The system is powered by a synchronic generator turbine of permanent magnets A control unit runs in open loop with a control strategy of key switching operating in discontinuous conduction mode (DCM) that ensure high power factor and low harmonic distortion total, improving the power transfer efficiency. The prototype output power was 250 W, it was specified to charge a 48 V battery bank. Tests were conducted in low speed and wind power by 1 kW. A motor was drived as variable voltage charge to emulating wind conditions. Goods results were obtained like a power factor of 0.98 and the input current THD 18%, experimental results was carried out to validate the functionality of the proposed converter. / O presente trabalho tem como principal objetivo construir um conversor CA/CC de baixo custo e elevado fator de potência para o carregamento de baterias. A topologia proposta foi escolhida após uma revisão das características dos retificadores usuais para esse fim. Diferente dos outros, apresenta aspectos de robustez que o tornam apropriado para operar em localidades remotas. O retificador trifásico semicontroladoem alta frequência (RTSCAF) é construído com um número reduzido de chaves semicondutoras. O elevador de tensão é alimentado por uma turbina com umgerador síncrono a ímãs permanentes (PMSG). Um circuito de controle em malha aberta efetua a comutação das chaves para a operação no modo de condução descontínuo (DCM).Esse modo mantém as correntes em fase com as tensões, resultando em elevado fator de potência e baixa distorção harmônica total (DHT), implicando em eficiente transferência de potência. Foi construído um protótipo com potência de saída de 250 W, para carregar um banco de baterias de 48 V. Os testes foram realizados com um aerogerador de baixa rotação, até 1 kW, acionado por um motor com variador de tensão, emulando as condições do vento. Foram obtidos um fator de potência de 0,98 e DHT na corrente de entrada de18%, resultados experimentais que validam a funcionalidade do conversor proposto.

OLIVEIRA JÚNIOR, J. L. W. Desenvolvimento de plataforma emuladora de turbina eólica para estudos de algoritmos de MPPT eólicos inteligentes. 2016. 193 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016. / Submitted by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com) on 2016-07-25T13:16:49Z No. of bitstreams: 1 2016_dis_jlaolliveirajúnior.pdf: 13413641 bytes, checksum: 7ba68ba625c196550468a14be5e4cb3c (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-07-25T14:11:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_dis_jlaolliveirajúnior.pdf: 13413641 bytes, checksum: 7ba68ba625c196550468a14be5e4cb3c (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-25T14:11:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_dis_jlaolliveirajúnior.pdf: 13413641 bytes, checksum: 7ba68ba625c196550468a14be5e4cb3c (MD5) Previous issue date: 2016-06-29 / The dynamics of the wind within the wind power small context is problematic since the operating speed of the machine must accompany him in order to extract the maximum wind power. In this paper, we propose the design and development of a wind turbine emulator bench and peak power tracking algorithms models based on artificial neural networks and reinforcement learning. The emulation system aims to allow the algorithms of experimental evaluation previously validated by simulation, since the proposed algorithms aim to achieve a good performance compared to classical algorithms. In addition to literature review, computer simulations were implemented in PSIM and Matlab software, as well as the design, development and validation of emulator bench wind turbine based on DC motor. They present all design steps the emulator converters and charge controller responsible for carrying out the maximum power tracking, as well as all the material necessary for reproduction of the work in the form of appendices. In the emulator bench, two algorithms are proposed in this work: one based on a modification algorithm and disturbs observed through insertion of a neural network that defines the size of the perturbation; already the second is based on recent learning algorithms for enhancing the Actuator-Critical type (CACLA), which had not been used for this purpose / A dinâmica dos ventos dentro do contexto da geração eólica de pequeno porte é uma problemática uma vez que a velocidade de operação da máquina deve acompanha-lo para poder extrair a máxima potência do vento. Neste trabalho, são propostos o projeto e desenvolvimento de uma bancada emuladora de turbina eólica, bem como modelos de algoritmos de rastreio de máxima potência baseados em Redes Neurais Artificiais e aprendizagem por reforço. O sistema de emulação tem como objetivo permitir a avaliação experimental de algoritmos previamente validados via simulação, já os algoritmos propostos visam alcançar uma boa performance frente a algoritmos clássicos. Além de revisão bibliográfica, foram implementadas simulações computacionais em software PSIM e Matlab, bem como o projeto, desenvolvimento e validação da bancada emuladora de turbina eólica baseada em motor de corrente contínua. São apresentados todos os passos de projeto dos conversores do emulador e do controlador de carga responsável pela realização do rastreio de máxima potência, bem como todo o material necessário para a reprodução do trabalho, na forma de apêndices. Além da bancada emuladora, dois algoritmos são propostos nesse trabalho: um baseado numa modificação do algoritmo perturba e observa, através da inserção de uma rede neural que define o tamanho da perturbação; já o segundo baseia-se em recentes algoritmos de aprendizagem por reforço do tipo Atuador-Critico (CACLA), que ainda não haviam sido utilizados com essa finalidade

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2018-01-23T03:17:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 349537.pdf: 3602326 bytes, checksum: 7e58169dc85cf738efdbffdd96fcc49e (MD5) Previous issue date: 2017 / Nos últimos anos a tecnologia para exploração da energia dos ventos em altitudes elevadas - Airborne Wind Energy (AWE) - vem se desenvolvendo rapidamente. Várias empresas e grupos de pesquisa em todo o mundo já estão testando seus protótipos para validar as diferentes configurações e conceitos de AWE, sendo que todos dependem do controle de máquinas elétricas. A otimização da potência produzida e também o voo robusto da pipa frente a variações no vento podem ser obtidos com o controle adequado das máquinas. As máquinas utilizadas em AWE devem ser capazes de operar tanto como gerador, produzindo eletricidade, quanto motor durante manobras como pouso e fase de recolhimento. Essa versatilidade traz uma maior complexidade para a eletrônica de potência empregada.O controle de máquinas de corrente alternada é comumente utilizado na indústria, principalmente devido ao avanço de ferramentas como o conhecido Controle Vetorial, também nomeado de controle por orientação de campo (FOC). Nesse método, as correntes de fluxo magnético e torque eletromagnético são controladas separadamente em malhas internas, enquanto que a velocidade da máquina é controlada na malha externa e é responsável por produzir as referências para as malhas de corrente. Embora o controle de velocidade seja adequado para diversas aplicações, sua utilização em AWE pode ser problemática especialmente quando os ventos forem turbulentos. Manter a velocidade da máquina constante nesse cenário pode levar a flutuações indesejadas na força de tração do cabo e no ângulo de ataque do aerofólio, e eventualmente pode levar a pipa à condição de estol (queda).Para melhorar a confiabilidade do voo, é proposta nesse trabalho uma estratégia para controlar a força de tração no cabo de um sistema AWE na configuração pumping-kite através da adição de uma malha externa ao FOC. Essa malha compara o valor de tração medido com uma referência ótima e, baseado no erro de comparação, produz uma referência de velocidade para o FOC. As simulações são parametrizadas para representar o protótipo do projeto UFSCkite, a qual possui uma única máquina a ímãs permanentes de 12 kW e é projetada para suportar trações de até 800 kgf. Os resultados demonstram a eficiência do controlador proposto, não somente pelo seguimento de referências de tração, como também prevenindo que a pipa entre em estol. / Abstract : In the last few years the Airborne Wind Energy (AWE) technology has been undergoing a rapid development. Several companies and research groups around the world have already built prototypes to validate different AWE concepts and configurations, all of which rely on the control of electric machines. An appropriate machine control can optimize the power production and also allow for the tethered wing to fly robustly regardless of wind fluctuations, while respecting system constraints such as the maximum tether traction force and the reel speed saturation. These machines should be capable of operating not only as a generator, when producing electricity, but also as a motor during maneuvers such as landing and recovery phases. This required versatility brings extra complexity to the involved power electronics.Alternated current machines are commonly used in the industry, mainly due to advanced features such as the well known Vector Control, also referred to as Field Oriented Control (FOC). In this scheme, the magnetic flux and electromagnetic torque currents are regulated in the inner loop, whereas the machine speed is controlled in the outer loop. Although speed control is suitable for many applications, using it in a pumping-kite system might be problematic, especially when the kite is exposed to high levels of wind gusts. Keeping the machine speed constant in this scenario may cause the traction force and the airfoil angle of attack to fluctuate to undesirable values, which may eventuallylead the kite to a stall condition (and eventual crash).To improve flight reliability, in this work we present a strategy to control the tether traction force of a pumping-kite unit by adding an external loop to the FOC. This loop compares an optimum reference to the instantaneous measured traction force and, based on this control error, generates a speed reference to the FOC. The simulation is parameterized to represent the ground station prototype under development by the UFSCkite team, which is based on a single permanent-magnet machine of 12 kW and designed to support up to 800 kgf of traction force. The results show the effectiveness of the proposed control strategy, not only for tracking the traction force reference, but also for preventing the kite from stalling.

MAIA NETO, H. F. Análise comparativa da eficiência de sete métodos numéricos para determinação dos parâmetros da curva de Weibull utilizando dados de velocidade do vento e de potência eólica. 2012. 84 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2012. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2013-06-18T11:40:42Z No. of bitstreams: 1 2012_dis_hfmaianeto.pdf: 1419924 bytes, checksum: 4039112e831615faa314529ad1f2eadf (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2013-06-18T14:42:57Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_dis_hfmaianeto.pdf: 1419924 bytes, checksum: 4039112e831615faa314529ad1f2eadf (MD5) / Made available in DSpace on 2013-06-18T14:42:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_dis_hfmaianeto.pdf: 1419924 bytes, checksum: 4039112e831615faa314529ad1f2eadf (MD5) Previous issue date: 2012 / To determine the wind potential of a region is of paramount importance that a study be conducted on the intrinsic characteristics of the wind site. This paper address some numerical methods to be used in calculating the parameters of the Weibull distribution the aids in the study of wind speed, so there is a correct definition of natural conditions existing. The previous knowledge of this information assist in the decision-making process on the technical feasibility of installing industrial wind farms. It perform a statistical analysis of seven mathematical systems known in the literature for estimating the parameters ( k ) form and ( c ) scale of the frequency distribution curve of Weibull. Data are used for wind speed and wind power from two coastal cities of Ceará State belonging to Northeast Brazil, Icapuí and Camocim. The methods to be employed in the development of this research are: Graphical Method, Maximum Likelihood Method, Maximum Likelihood Modified Method, Empirical Method, Moment Method, Energy Pattern Factor Method and the Equivalent Energy Method. The realization of the comparative analysis of efficiency and accuracy among these include the application of the following statistical tests: ANOVA(R2 ) , Square Root of Average Quadratic Errors (RMSE) and Chi-square (X 2 ). / Para determinar o potencial eólico de uma região é de fundamental importância que seja realizado um estudo sobre as características intrínsecas do vento do local. Este trabalho aborda alguns métodos numéricos a serem empregados no cálculo dos parâmetros da distribuição de Weibull que auxilia no estudo da velocidade do vento, para que haja uma correta definição das condições naturais existentes. O prévio conhecimento destas informações coopera no processo de tomada de decisão sobre a viabilidade técnica na instalação de novos parques eólicos industriais. É realizada uma análise estatística entre sete sistemas matemáticos conhecidos da literatura para estimar os parâmetros ( k ) de forma e ( c ) de escala da curva de distribuição de frequências de Weibull. São utilizados dados de velocidade do vento e de potência eólica de duas cidades litorâneas do Estado do Ceará pertencentes à região Nordeste do Brasil, Icapuí e Camocim. Os métodos apurados no desenvolvimento desta pesquisa são: Método Gráfico, Método da Máxima Verossimilhança, Método da Máxima Verossimilhança Modificado, Método Empírico, Método do Momento, Método da Energia Padrão e Método da Energia Equivalente. A realização da análise comparativa de eficiência e exatidão entre estes, compreende a aplicação dos seguintes testes estatísticos: Análise de Variância (R2 ) , Raiz Quadrada dos Erros Quadráticos Médios (RMSE) e Teste do Qui-quadrado (X 2 ) .