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.

Made available in DSpace on 2015-05-14T13:16:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1983792 bytes, checksum: 857de6a8397b50631d2c61c9ce376025 (MD5) Previous issue date: 2011-12-12 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The present thesis aimed at verifying knowledge and attitudes toward renewable energy sources (RES), solar and wind energy, and in what extent these attitudes are related and can be predicted by environmental inclusion and human values. Study 1 aimed to verify the knowledge about RES. Participants were 74 people (27 men and 47 women) from João Pessoa (PB), with ages between 18 and 61, most were undergraduate from public universities. They answered to the self-report technique known as Natural Semantic Networks (NSN), besides questions about the knowledge of RES and demographic issues. An exploratory analysis identified semantic networks that, despite showing a limited repertory of solar and wind energy, represented knowledge with positive meaning, useful and coherent with the proposal of efficient and sustainable use of energy. In these semantic networks, the knowledge about solar and wind energy are represented by words that match with the pro-environmental appeal (e.g. nature and clean), words that show the technological features (e.g. technology and strength) and also the economic aspect (e.g. sustainable, economy and production). Study 2 aimed to develop an attitude toward RES instrument, with versions to solar, wind and conventional energy, besides verifying psychometric parameter of three other measures: Environmental Attitudes Inventory, Nature Relatedness Questionnaire and Connectedness to Nature Scale. Participants were 204 people from João Pessoa (PB), with mean age of 23 years old (sd = 13.83), most female (60%). Exploratory analysis and calculation of internal consistency used for the three versions indicated structures of EAFRE unifatorial with Crombach s alphas of 0.94 to Solar version, 0.93 to Wind version, and 0.86 for the conventional version. The exploratory and confirmatory analysis, as well as the calculation of internal consistency used in the validation of other measures parameters indicated adequate validity and reliability. In Study 3, we tested the hypothesis related to the objectives of the thesis, providing subsidies for the construction of the theoretical model values including environmental attitude behavior. 282 internet users participated, mean age 30 years (sd = 11.60), mostly female (65%). The hypotheses were corroborated listed, except for hypothesis 3 and hypothesis 4. However, despite these results, it was possible to propose an explanatory model in which human values are the underlying attitudes to renewable energy. One trusts that this thesis contributes to the literature of social and environmental psychology, presenting psychometric parameters of measures that can be used in future studies, and contributes with an explanatory model of the acceptance behavior of RES. Through this model, it is possible to develop incentive marketing strategies and public policies toward the use of renewable energy sources. / O objetivo da presente tese foi verificar o conhecimento e as atitudes frente às fontes renováveis de energia (FRE), energia solar e eólica, e em que medida estas atitudes estão associadas e podem ser preditas a partir do grau de inclusão ambiental e dos valores humanos. O Estudo 1 objetivou verificar o conhecimento acerca das FRE. Contou-se com a participação de 74 pessoas (27 homens e 47 mulheres) da cidade de João Pessoa (PB), com idades variando de 18 a 61 (m = 28,9; dp = 11), sendo a maioria (63,5%) estudantes de universidade pública. Estes responderam à técnica de autorrelato conhecida como Redes Semânticas Naturais (RSN), além de perguntas acerca do conhecimento sobre as fontes renováveis de energia e questões sociodemográficas. Uma análise exploratória identificou redes semânticas que, embora tenham apresentado um número de repertórios limitados tanto para a energia eólica como a energia solar, representaram conhecimentos com significados positivos, úteis e coerentes com a proposta do uso eficiente e sustentável de energia. Nestas redes semânticas, os conhecimentos sobre energia eólica e energia solar são representados por palavras que atendem ao apelo (pró-) ambiental (ex. natureza e limpa), que evidenciam o aspecto tecnológico (ex. tecnologia e força) e o aspecto econômico (ex. sustentável, economia e produção). O Estudo 2 teve como objetivo desenvolver um instrumento de atitudes sobre as FRE, com versões para energia solar, eólica e convencional, além de verificar os parâmetros psicométricos de outras três medidas: Inventário de Atitudes Ambientais, Escala de Parentesco com a Natureza e Escala de Conexão Ambiental. Participaram 204 pessoas de João Pessoa (PB), com idade média de 23 anos (dp = 13,83), sendo a maioria do sexo feminino (60%). A análise exploratória e o cálculo da consistência interna empregados para as três versões da EAFRE indicaram estruturas unifatoriais com alfas de Cronbach de 0,94 para a versão Solar; 0,93 para a versão Eólica; e 0,86 para a versão Convencional. As Análises exploratórias e confirmatórias, bem como o cálculo da consistência interna empregados nas validações das demais medidas indicaram parâmetros de validade e precisão adequados. No Estudo 3, foram testadas as hipóteses relacionadas aos objetivos da tese, proporcionando subsídios para a construção do modelo teórico proposto valores inclusão ambiental atitudes comportamento. Participaram 282 usuários de internet, com idade média de 30 anos (dp = 11,60, amplitude de 17 a 75 anos), sendo a maioria do sexo feminino (65%). As hipóteses elencadas foram corroboradas, com exceção da hipótese 3 e hipótese 4. No entanto, apesar destes resultados, foi possível propor um modelo explicativo, no qual valores humanos são subjacentes às atitudes frente às fontes renováveis de energia. Confia-se que a presente tese contribui com a literatura da psicologia social e ambiental, apresentando parâmetros psicométricos de medidas que podem ser empregadas em pesquisas futuras, além de contribuir com um modelo explicativo do comportamento de aceitação das fontes renováveis de energia. Poder-se-ia, a partir do modelo proposto, desenvolver estratégias de marketing e políticas públicas de incentivo ao uso de fontes renováveis de energia.

A estrutura do vento varia de acordo com as características do terreno e com a rugosidade da superfície terrestre, desacelerando proporcionalmente sua intensidade de acordo com a proximidade do solo, o que determina a constituição da camada limite atmosférica (C.L.A.). As características do escoamento sobre e no entorno de características topográficas obtusas tais como morros são de grande interesse em muitas aplicações, especialmente aquelas ligadas à engenharia de vento. Esta pesquisa foca a investigação da C.L.A. sobre terrenos complexos, analisando a estrutura do escoamento turbulento, a separação e a recomposição do mesmo. Para tanto, dois métodos são empregados e comparados na presente investigação para identificar a influência da orografia complexa sobre o escoamento do vento: padrões ou códigos de carga de vento e análises experimentais em túnel de vento. Nove modelos experimentais de morros isolados, sendo quatro simétricos bidimensionais, quatro simétricos tridimensionais e um assimétrico, todos com a consideração de dois tipos de terreno, categoria I – plano e categorias III-IV – medianamente rugosas são analisados. A partir de uma simulação experimental da camada limite em túnel de vento, é possível parametrizar os efeitos do vento sobre terrenos complexos (MILLER, 1995). A definição de variáveis, tais como: o perfil de velocidade do vento, a intensidade de turbulência, os efeitos topográficos na velocidade do vento constituem-se em elementos fundamentais para cálculos estruturais de edificações situadas no entorno. Foram desenvolvidas simulações experimentais no túnel de vento de camada limite Prof. Joaquim Blessmann, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Na superfície do modelo assimétrico, na radial principal do mesmo, foram localizados nove perfis de medição, contendo cada um, vinte alturas de investigação. Os demais modelos tiveram como foco de análise o cume dos mesmos, também com perfis definidos nas mesmas alturas. As medições da velocidade do vento e da intensidade da turbulência foram procedidas por um sistema de anemometria de fio quente. Os dados obtidos em túnel de vento foram confrontados com expressões empíricas calculadas para os mesmos pontos segundo cinco códigos ou padrões de carga de vento, pontuando também as correlações entre os mesmos e entre estes com a norma brasileira NBR 6123 (1988). Os modelos, códigos ou padrões analisados foram: Jackson e Hunt (1975) e Davenport, Surry e Lemelin (1988), models e as normas a seguir nominadas:Norma Brasileira: cargas de vento em Edificações - NBR 6123 (1988); European Standard:Eurocode1: Basis of Design and Actions on Structures, CEN TC 250: 2002; Australian/New Zealand Standard: Minimum Design Loads on Structures, AS/NZS 1170.2: 2002; Architectural Institute of Japan AIJ: 2004; American Society of Civil Engineering Standard, ASCE 7-95 (ASCE 7-95), Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures;National Building Code of Canada, 2005, (NRCC 2005). Além do estudo comparativo acerca da resposta estimada pelos códigos nominados, esta pesquisa constitui-se em um banco de dados de medições em pontos localizados nos morros nominados, em túnel de vento. O comparativo entre os padrões mostra a inexistência de uma harmonização entre os mesmos para a consideração dos parâmetros a serem empregues para o cálculo de cargas de vento. Estas diferenças na definição dos parâmetros básicos para o carregamento de vento em estruturas determinam grandes dificuldades na unificação de formatos recomendados na previsão das cargas de vento. Comparativamente aos dados experimentais, os padrões, em geral, mostram-se conservadores para os dois tipos de morros analisados, simétrico e assimétrico, para os dois tipos de terreno, tanto considerando-se análises em 2D ou 3D. / The structure of the wind varies with the characteristics of the terrain and roughness land surface, slowing its intensity proportionally according to the surrounding terrain, which determines the onset of boundary layer (ABL). The characteristics of the flow over and around topographic features such as hills are of great interest in many applications, especially those related to wind engineering. From an experimental simulation of the boundary layer wind tunnel, it is possible to parameterize the effects of wind over complex terrain (MILLER, 1995). The definition of variables, such as the profile of wind speed, the turbulence intensity, the topographic effects on wind speed are key elements in structural calculations for buildings situated around the area. This research focuses on the investigation of the ABL complex terrain conditions, analyzing the structure of turbulent flow and characterization of separation and reattachment of the flow. Experimental simulations were developed in the wind tunnel of the atmospheric boundary layer Prof. Joaquim Blessmann, Federal University of Rio Grande do Sul in nine models of hills, four symmetrical two-dimensional, four- symmetrical threedimensional and one asymmetrical, all considering two types of terrain, category I - plan and Category III-IV- moderately rough. The surface of the asymmetric model was measured in nine profiles ploted on the main radial of the hill, with twenty heights each, and the other models were examined at top of the hill. The measurements were performed with a system of hot wire anemometry to measure the wind velocity and intensity of turbulence. The identification of the data obtained in the wind tunnel were confronted with empirical expressions for the same points, in order to establish the correlations between patterns and among these with NBR 6123 (1988). Two models and five codes of wind loads are analyzed: Jackson and Hunt (1975) and e Davenport, Surry e Lemelin (1988) Models and Brazilian Association of Technical Standards: Wind Load on Buildings, NBR 6123 (1988); European Standard: Eurocode1: Basis of Design and Actions on Structures, CEN TC 250: 2002; Australian/New Zealand Standard: Minimum Design Loads on Structures, AS/NZS 1170.2: 2002; Architectural Institute of Japan AIJ: 2004; American Society of Civil Engineering Standard, ASCE 7-95 (ASCE 7-95), Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures; National Building Code of Canada, 2005, (NRCC 2005) codes. This study focuses not only the comparison of the response estimated by international codes nominees, but also a data bank of wind tunnel data to validate this tool based on empirical expressions. The comparison of the patterns shows a lack of consideration for international harmonization of the parameters to be employed for the calculations of wind loads. These differences in defining the basic parameters for the wind loading on structures determines difficulties to unify the formats recommended in the prediction of wind loads. Compared to the experimental data, the patterns will generally show up conservative for both types of mounts analyzed, symmetrical and asymmetrical, for both types of terrain, both considering 2D or 3D.

Este trabalho apresenta uma avaliação do impacto do avanço tecnológico no potencial eólico do Rio Grande do Sul, a partir da evolução verificada nos aerogeradores desde o ano de 2002, data da publicação do atual Atlas Eólico do estado. Para tal, é exposto um panorama da energia eólica no Brasil e no mundo, assim como as características das circulações globais de massas de ar e os fenômenos que dão origem aos principais deslocamentos sobre o estado, bem como o comportamento do vento dentro da camada limite atmosférica. Para embasar o desenvolvimento desse trabalho são apresentadas as principais evoluções tecnológicas verificadas no período e como elas contribuíram para o aumento da competitividade da fonte, bem como as tendências para as futuras gerações de aerogeradores. Para realizar a estimativa do novo potencial eólico do estado desenvolveu-se uma ferramenta que converte a imagem dos mapas publicados no Atlas Eólico em uma matriz de valores, o que é realizado comparando a cor de cada pixel dos mapas às respectivas legendas. Tratando-se matematicamente os dados obtidos dos mapas de velocidade média de vento, fator de forma k e densidade do ar é possível calcular o potencial energético de cada um dos pontos dessa matriz de dados. Este potencial é obtido a partir da integração das curvas de potência, corrigidas para cada densidade do ar, com as distribuições de probabilidade de Weibull, calculadas a partir da velocidade média de vento e fator de forma de cada local do estado. De modo a validar o procedimento de cálculo utilizado, os resultados da integração, com o emprego da mesma curva de potência utilizada no Atlas Eólico, são comparados com os dados energéticos publicados no documento. Ao considerar aerogeradores mais modernos, com base na mesma metodologia de cálculo, o potencial eólico estimado para o Rio Grande do Sul, para localidades com ventos a partir de 7 m/s de média anual, aumentou em 65% sua capacidade de geração na altura de 75 m, alcançando um total de 219,26 TWh/ano. Nas mesmas condições, na altura de 100 m, o aumento foi de 61%, obtendo-se um potencial energético de 398,53 TWh/ano. Para ambas alturas citadas não há alteração significativa na potência instalável, estimada em 54,33 MW e 119,00 MW, respectivamente. A partir do banco de dados criado foi possível projetar, com base na lei logarítmica, a distribuição de vento nas alturas de 125 m e 150 m, anteriormente não apresentados no Atlas do estado. Nessas alturas o potencial teórico estimado foi de 761,94 TWh/ano e 872,30 TWh/ano, a partir de uma potência instalável de 211,31 MW e 270,25 MW, respectivamente. / This paper intends to evaluate the impact of the technological advances on the wind power potential of the state of Rio Grande do Sul, based on the developments in wind turbines since 2002, year of publication of the current Wind Atlas. It is exposed an overview of the wind energy in Brazil and in the World , as well as the characteristics of the wind global circulation and the phenomena that give rise to the main wind displacements on the state area and the behavior of the wind within the atmospheric boundary layer. To support the development of this work, the main technological developments in the period and how they contributed to improve the competitiveness of this source are presented, as well as the trends for future wind turbines generations. In order to estimate a new wind potential for the state of Rio Grande do Sul, a program that compares the colors of each pixel on the maps published in the Wind Atlas with their captions, generating a matrix of data was developed. With the data obtained from the maps of the average wind speed, factor k and air density, it is possible to calculate the energy potential at each point of the matrix. This potential is obtained from the integration of power curves, corrected for each air density, using the Weibull probability distributions, calculated from the mean wind speed and form factor at each local of the state area. In order to validate the procedure, the results of the integration, applying the same power curve used in the Wind Atlas, are compared with the amount of energy published on the document. Making use of the modern wind turbines, based on the same calculation methodology, the wind energy potential of the Rio Grande do Sul, considering only sites with annual wind average speed higher than 7 m/s, increased its generation capacity at the height of 75 m by 65 %, reaching a total of 219.26 TWh/year. Under the same conditions, at the height of 100 m, the increase was 61 %, yielding an energy potential of 398.53 TWh/year. For both heights, there are not significant changes in the installable potential, estimated at 54.33 MW and 119.00 MW, respectively. From the database created it was possible to estimate, based on the logarithmic law, the distribution of the wind at heights of 125 m and 150 m, not previously presented in the Atlas of the state. At such heights, the estimated theorical potential is 761.94 TWh/year and 872.30 TWh/year, with an installed capacity of 211.31 MW and 270.25 MW, respectively.

Nesta dissertação apresenta-se um estudo sobre o desempenho dinâmico do sistema elétrico de potência, frente à conexão de um parque eólico ligado através de conversores de frequência e de geradores síncronos de fontes hidrelétricas e termoelétricas. Dependendo da forma com que é gerenciado, este tipo de geração pode causar impactos significativos no sistema de energia elétrica. Este trabalho analisa o comportamento da estabilidade transitória nos sistemas de potência do ponto de vista da geração com inserção de fontes renováveis. Um sistema elétrico é proposto com dados reais do Rio Grande do Sul e modelado nos programas ANAREDE e ANATEM, considerando seus principais componentes, entre eles, linhas de transmissão, cargas, geradores e transformadores. São utilizadas estratégias de controle do programa ANATEM para a operação dos mesmos e estudar o comportamento do sistema elétrico de potência frente a diferentes eventos. Simulações são realizadas para investigar a influência de diversos fatores na resposta transitória do sistema. Os fatores analisados são: tempo de eliminação da falta, carregamento do sistema, níveis de geração das fontes tradicionais e das fontes eólicas. A análise dos resultados mostrara o impacto deste tipo de fontes instaladas no sistema em regime permanente e transitório. / This thesis introduces a study of an electric power system’s dynamic performance with traditional generation sources (hydro and thermoelectric) and wind farms. Depending on how it is managed, significant impact in the electric power system may occur. The power system transient stability is analyzed in this thesis considering the insertion of renewable energy resources. An equivalent power system is proposed with real data of Rio Grande do Sul and modeled using ANAREDE and ANATEM software, including as its main components, transmission lines, loads, generators and transformers. The control strategies present in the software ANATEM are used for the operation of these components, and then, to study the behavior of the electric power system against different events. Simulations are performed to investigate the influence of various factors on the transient response of the system. The factors analyzed are: time of fault clearing, system load, generation levels from traditional sources and wind sources. The analysis of the results shows the impacts of these specific resources in the system performance for steady state operation and transient state.

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.

A busca por novas fontes de energia e os impactos causados pelas formas tradicionais de geração elétrica têm levado a uma procura por fontes de energia mais limpas que complementem seus parques energéticos. O aumento do consumo e a crescente pressão econômica e ambiental têm justificado um planejamento mais rigoroso quanto ao uso de fontes alternativas de energia como a eólica. O Brasil apresenta um favorável cenário de recursos naturais para a instalação de usinas eólicas. No entanto, o que se observa no setor elétrico é uma tímida participação da energia eólica na matriz energética brasileira. Passados cinco anos desde a implantação do PROINFA, apenas 20% da demanda selecionada está em operação. Diversas barreiras, econômicas, ambientais e políticas são empecilhos apresentados pelos agentes do setor para justificar esta lenta caminhada. A discussão que objetiva este trabalho é apresentar e analisar as barreiras encontradas para o desenvolvimento da energia eólica no Brasil. / The search for new energy sources and the impacts caused by traditional forms of electriityc generation, have led to a demand for cleaner sources of energy that complement its energy parks. The increase in consumption, and economic increasing and the environmental pressure have justified a schedule tougher on the use of alternative energy sources such as wind. Brazil presents a favorable scenario for natural resources and the installation of wind power plants. Nevertheless, which is observed in the electric industry is a timid participation of wind energy in the Brazilian energy matrix. After five years since the deployment of PROINFA only 20% of demand is selected in operation. Several barriers, economic, environmental and political impediments are presented by the players in the industry to justify the slow walk. The discussion that objective this work is to present and analyse the barriers encountered in the development of wind energy in Brazil.

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.

Este trabalho apresenta uma avaliação do impacto do avanço tecnológico no potencial eólico do Rio Grande do Sul, a partir da evolução verificada nos aerogeradores desde o ano de 2002, data da publicação do atual Atlas Eólico do estado. Para tal, é exposto um panorama da energia eólica no Brasil e no mundo, assim como as características das circulações globais de massas de ar e os fenômenos que dão origem aos principais deslocamentos sobre o estado, bem como o comportamento do vento dentro da camada limite atmosférica. Para embasar o desenvolvimento desse trabalho são apresentadas as principais evoluções tecnológicas verificadas no período e como elas contribuíram para o aumento da competitividade da fonte, bem como as tendências para as futuras gerações de aerogeradores. Para realizar a estimativa do novo potencial eólico do estado desenvolveu-se uma ferramenta que converte a imagem dos mapas publicados no Atlas Eólico em uma matriz de valores, o que é realizado comparando a cor de cada pixel dos mapas às respectivas legendas. Tratando-se matematicamente os dados obtidos dos mapas de velocidade média de vento, fator de forma k e densidade do ar é possível calcular o potencial energético de cada um dos pontos dessa matriz de dados. Este potencial é obtido a partir da integração das curvas de potência, corrigidas para cada densidade do ar, com as distribuições de probabilidade de Weibull, calculadas a partir da velocidade média de vento e fator de forma de cada local do estado. De modo a validar o procedimento de cálculo utilizado, os resultados da integração, com o emprego da mesma curva de potência utilizada no Atlas Eólico, são comparados com os dados energéticos publicados no documento. Ao considerar aerogeradores mais modernos, com base na mesma metodologia de cálculo, o potencial eólico estimado para o Rio Grande do Sul, para localidades com ventos a partir de 7 m/s de média anual, aumentou em 65% sua capacidade de geração na altura de 75 m, alcançando um total de 219,26 TWh/ano. Nas mesmas condições, na altura de 100 m, o aumento foi de 61%, obtendo-se um potencial energético de 398,53 TWh/ano. Para ambas alturas citadas não há alteração significativa na potência instalável, estimada em 54,33 MW e 119,00 MW, respectivamente. A partir do banco de dados criado foi possível projetar, com base na lei logarítmica, a distribuição de vento nas alturas de 125 m e 150 m, anteriormente não apresentados no Atlas do estado. Nessas alturas o potencial teórico estimado foi de 761,94 TWh/ano e 872,30 TWh/ano, a partir de uma potência instalável de 211,31 MW e 270,25 MW, respectivamente. / This paper intends to evaluate the impact of the technological advances on the wind power potential of the state of Rio Grande do Sul, based on the developments in wind turbines since 2002, year of publication of the current Wind Atlas. It is exposed an overview of the wind energy in Brazil and in the World , as well as the characteristics of the wind global circulation and the phenomena that give rise to the main wind displacements on the state area and the behavior of the wind within the atmospheric boundary layer. To support the development of this work, the main technological developments in the period and how they contributed to improve the competitiveness of this source are presented, as well as the trends for future wind turbines generations. In order to estimate a new wind potential for the state of Rio Grande do Sul, a program that compares the colors of each pixel on the maps published in the Wind Atlas with their captions, generating a matrix of data was developed. With the data obtained from the maps of the average wind speed, factor k and air density, it is possible to calculate the energy potential at each point of the matrix. This potential is obtained from the integration of power curves, corrected for each air density, using the Weibull probability distributions, calculated from the mean wind speed and form factor at each local of the state area. In order to validate the procedure, the results of the integration, applying the same power curve used in the Wind Atlas, are compared with the amount of energy published on the document. Making use of the modern wind turbines, based on the same calculation methodology, the wind energy potential of the Rio Grande do Sul, considering only sites with annual wind average speed higher than 7 m/s, increased its generation capacity at the height of 75 m by 65 %, reaching a total of 219.26 TWh/year. Under the same conditions, at the height of 100 m, the increase was 61 %, yielding an energy potential of 398.53 TWh/year. For both heights, there are not significant changes in the installable potential, estimated at 54.33 MW and 119.00 MW, respectively. From the database created it was possible to estimate, based on the logarithmic law, the distribution of the wind at heights of 125 m and 150 m, not previously presented in the Atlas of the state. At such heights, the estimated theorical potential is 761.94 TWh/year and 872.30 TWh/year, with an installed capacity of 211.31 MW and 270.25 MW, respectively.

Nesta dissertação apresenta-se um estudo sobre o desempenho dinâmico do sistema elétrico de potência, frente à conexão de um parque eólico ligado através de conversores de frequência e de geradores síncronos de fontes hidrelétricas e termoelétricas. Dependendo da forma com que é gerenciado, este tipo de geração pode causar impactos significativos no sistema de energia elétrica. Este trabalho analisa o comportamento da estabilidade transitória nos sistemas de potência do ponto de vista da geração com inserção de fontes renováveis. Um sistema elétrico é proposto com dados reais do Rio Grande do Sul e modelado nos programas ANAREDE e ANATEM, considerando seus principais componentes, entre eles, linhas de transmissão, cargas, geradores e transformadores. São utilizadas estratégias de controle do programa ANATEM para a operação dos mesmos e estudar o comportamento do sistema elétrico de potência frente a diferentes eventos. Simulações são realizadas para investigar a influência de diversos fatores na resposta transitória do sistema. Os fatores analisados são: tempo de eliminação da falta, carregamento do sistema, níveis de geração das fontes tradicionais e das fontes eólicas. A análise dos resultados mostrara o impacto deste tipo de fontes instaladas no sistema em regime permanente e transitório. / This thesis introduces a study of an electric power system’s dynamic performance with traditional generation sources (hydro and thermoelectric) and wind farms. Depending on how it is managed, significant impact in the electric power system may occur. The power system transient stability is analyzed in this thesis considering the insertion of renewable energy resources. An equivalent power system is proposed with real data of Rio Grande do Sul and modeled using ANAREDE and ANATEM software, including as its main components, transmission lines, loads, generators and transformers. The control strategies present in the software ANATEM are used for the operation of these components, and then, to study the behavior of the electric power system against different events. Simulations are performed to investigate the influence of various factors on the transient response of the system. The factors analyzed are: time of fault clearing, system load, generation levels from traditional sources and wind sources. The analysis of the results shows the impacts of these specific resources in the system performance for steady state operation and transient state.