O objetivo deste trabalho é a investigação de um algoritmo adaptativo para compensação dos erros no cálculo dos fasores do sistema de potência quando há variações significativas na freqüência dos sinais de tensão e corrente. O principal benefício desta técnica é permitir a compensação dos erros utilizando freqüência de amostragem e janela de dados constantes, possibilitando a construção de relés microprocessados para proteção de geradores com hardware mais simples. O algoritmo adaptativo denominado AIVF (Algoritmo Inume a Variações de Freqüência) foi testado a partir de uma série de sinais com características como variação da freqüência da fundamental, componente exponencial amortecida e harmônicos, sendo os resultados apresentados no capítulo 4.4. Além do AIVF, nos capítulos iniciais são apresentados aspectos inerentes à proteção de geradores como aterramento e uma descrição das principais proteções aplicáveis a geradores de até 50MVA. / The main pourpose of that work is inquire an adaptive algorithm to compensate the errors in the power system phasors calculation when occur significant changes in the frequency of the current and voltage signals. The main benefit of that technique is to permit errors compensation with constant sampling frequency and constant data window, making possible construction of microcomputer relays for generator protection with simple hardware. The adaptive algorithm named ANAFC (Algorithm Not Affected by Frequency Changes) was tested by some signals with characteristics like changes in the fundamental frequency, dc decaying and harmonics. The results are presented in the section 4.4. Beyond ANAFC, in the initial sections are presented aspects regarding generator protection like earthing and a description of the main protection functions applied in generators till 50MVA.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores - Major Energia. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Estágio realizado na ALSTOM Power in Wroclaw, Poland e orientado pelo Prof. Doutor Krystian Leonard Chrzan / Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores - Major Energia. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Dissertation submitted for obtain the degree of Doctor of Philosophy, at The University of Manchester Institute of Science and Technology

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2012-10-16T00:47:00Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T15:51:55Z : No. of bitstreams: 1 82250.pdf: 3821212 bytes, checksum: 26a0f22f5d05cae72f6dcbf3c0d050be (MD5) / Este trabalho trata da aplicação dos sistemas de controle de estrutura variável para a regulação de velocidade de unidades geradoras, visando agilizar o processo de sincronização destas unidades ao sistema elétrico. Também é investigado o uso destes sistemas para a regulação de tensão na operação a vazio e para a regulação de velocidade em sistem elétrico isolado. Apresentam-se aspectos conceituais e as principais características e propriedades dos sistemas de controle de estrutura variável. Desenvolve-se uma metodologia de uso geral para o projeto de controladores de estrutura variável. Através de simulações digitais são feitas comparações com os reguladores convencionais. Descreve-se uma aplicação do controlador proposto em uma unidade geradora de grande porte.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-25T23:39:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 296791.pdf: 11112545 bytes, checksum: f19216a6f3ebe9f4ed1e183bdc82b4d2 (MD5) / A utilização de um combustível suplementar ao combustível de projeto em um gerador de vapor é chamada de processo co-firing. A biomassa é uma alternativa viável para aplicação em usinas termelétricas a carvão. A substituição parcial do carvão pela biomassa já é realidade nos Estados Unidos, Europa e Ásia. Esta solução foi proposta para uma das unidades do Complexo Termelétrico Jorge Lacerda, utilizando a palha de arroz como biomassa. A motivação deste trabalho é a avaliação das alterações do comportamento térmico do processo co-firing de palha de arroz nesta unidade. Dados experimentais são obtidos em operação nominal, com a combustão apenas com o carvão. Uma modelagem termodinâmica é realizada, utilizando os dados medidos para a simulação do comportamento térmico do gerador de vapor com o processo co-firing. A transferência de calor no interior da fornalha também é avaliada, através de diferentes modelos semi-empíricos propostos na literatura. O método ?-NUT é utilizado nos trocadores de calor, avaliando o seu comportamento térmico com a variação da composição e temperatura dos gases de combustão. Diferentes correlações para a convecção externa e interna são consideradas. Os resultados obtidos estimam uma redução de aproximadamente 12% das emissões de CO2 e SO2 provenientes de combustíveis fósseis, uma redução menor do que 0,2% na eficiência do gerador de vapor, variações de no máximo 5% nas temperaturas dos gases de combustão.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T15:38:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 245244.pdf: 1534807 bytes, checksum: 0e92158ddcef9daa226abebfaec97c93 (MD5) / Esta Dissertação aborda a implementação do Controle Vetorial de um Gerador de Indução Duplamente Alimentado (DFIG) com aplicação em Sistemas Eólicos de operação em Velocidade Variável. Cada etapa do processo de transferir a estratégia de controle, desenvolvida em simulação, para o microcontrolador é discutida, destacando-se sua importância como parte do projeto, eventuais problemas e as soluções encontradas. A partir do modelo da máquina de indução com as variáveis referenciadas aos eixos d e q, é mostrado que o a técnica de Controle por Orientação de Campo (FOC - Field Oriented Control) possibilita o controle independente das potências reativa e ativa. Um protótipo foi montado com um DFIG 3 kW, 380 V, 60 Hz, De onde foram extraídos resultados experimentais como resposta do sistema às variações de referências de velocidade, corrente e torque. São abordadas a conexão e desconexão do estator da máquina com a rede elétrica, com resultados experimentais comprovando a eficácia do método de sincronismo implementado para proporcionar uma conexão suave, sem causar transitórios na rede e no sistema. Os modos de operação de uma Turbina Eólica são apresentados, discutindo-se quais as situações que provocam uma mudança de um modo para outro. Por fim é discutida a implementação da modulação vetorial por largura de pulso (SVPWM - Space Vector Pulse Width Modulation), apresentando de uma maneira didática a metodologia a ser seguida para o cálculo dos períodos de chaveamento e busca do setor do vetor referência.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T20:48:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 257102.pdf: 1052118 bytes, checksum: 1b766deb63f0c24eaf0752dc89dbf0dc (MD5) / A força magnética de atração entre estator e rotor presente em máquinas síncronas é um tópico bastante debatido na comunidade de profissionais que lidam com estes equipamentos. O desequilíbrio destas forças de origem magnética leva a um desbalanceamento do rotor, principalmente vinculado à não uniformidade do entreferro, comumente caracterizada por uma excentricidade do rotor em relação ao estator. Este fenômeno é conhecido como "Empuxo Magnético" Desbalanceado (UMP - Unbalanced Magnetic Pull). Todavia, o estudo de um procedimento para mitigar esse efeito, com a inclusão de conexões equipotenciais, tem sido pouco explorado. A adição de tais conexões conduz a um aumento das correntes de circulação entre os circuitos paralelos do enrolamento estatórico, alterando desta maneira a força magnetomotriz de reação da armadura (FMRA). O produto da FMRA com a permeância específica do entreferro leva a uma distribuição de densidade de fluxo magnético de reação da armadura, que conjugada com a distribuição de densidade de fluxo magnético de excitação produzida pelos pólos, define a indução magnética resultante no entreferro. Sendo as forças magnéticas de atração diretamente proporcionais ao quadrado da indução magnética resultante no entreferro, a alteração em seus valores ao longo da circunferência do rotor, com o auxílio das conexões eqüipotenciais, conduz a uma mitigação do empuxo magnético desbalanceado. Além de discorrer sobre os fenômenos presentes no cálculo das forças de atração, apresenta-se também como a distribuição dos enrolamentos estatóricos e de seus caminhos paralelos influem na FMRA, na indução magnética resultante e conseqüentemente no UMP. A metodologia desenvolvida foi aplicada a um caso real e seus resultados teóricos são apresentados. Sua implementação prática esta sendo executada como parte de um projeto de pesquisa e desenvolvimento conjunto da Companhia Energética de São Paulo com a Alstom Hydro Energia Brasil Ltda.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-05-02T04:07:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 345238.pdf: 3074374 bytes, checksum: 9cbf1bee316322ad8bd16d2f96f57c88 (MD5) Previous issue date: 2016 / Este trabalho apresenta o dimensionamento elétrico e magnético de um gerador síncrono de ímãs permanentes de fluxo magnético radial que será acoplado em um dispositivo de conversão eletromecânica de energia, cuja energia primária é proveniente do movimento das ondas do mar. Primeiramente, calcula-se a geometria do rotor e do estator a partir de especificações das induções magnéticas, da tensão tangencial do rotor, da densidade máxima de corrente nos enrolamentos, e das características elétricas do gerador na condição nominal. Em seguida, aplica-se uma técnica de otimização a fim de maximizar a potência transferida no entreferro considerando como restrição o valor máximo de densidade linear de corrente do gerador na condição nominal. A otimização permite redimensionar a geometria do estator e diminuir a massa de aço elétrico utilizado, reduzindo assim o custo do gerador. Com a geometria e os materiais definidos, realiza-se a modelagem do gerador usando o método de elementos finitos para verificar se as grandezas como induções magnéticas, força eletromotriz induzida (em vazio), tensões elétricas (com carga), e torque eletromagnético atendem as especificações do projeto. Analisando os resultados das simulações, conclui-se que as induções da máquina estão em faixas de operação aceitáveis e que não há saturação magnética no gerador na condição nominal, e que as condições de potência e torque especificadas são atendidas.<br> / Abstract : This work presents the electric and magnetic sizing of a permanent magnet synchronous generator of radial flux, which will operate coupled to an electromechanical device for energy conversion whose primary source of power are sea waves. Initially, the rotor and stator geometry is calculated based on specifications of magnetic induction, rotor tangential tension, maximum current density on windings and electrical characteristics of the generator at rated condition. Then, an optimization technique is employed to maximize the air-gap power, considering as a restriction the maximum value of current linear density of the generator at rated condition. The optimization process allows the adjustment of the stator geometry in order to reduce the weight of the magnetic core, thus reducing the cost of the generator. Once the geometry and the materials are defined, the generator is modeled through the finite element method in order to verify if the values of magnetic induction, induced voltage at no load condition, voltage under load and electromagnetic torque meet the project specifications. From the analysis of the simulation results it is concluded that the values of magnetic induction stand within acceptable operating ranges without magnetic saturation and that the specified power and torque conditions are met.

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