Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In the last decade there has been a significant increase in interest in microgeneration
technologies for electric power. Sources of hydraulic power generation, wind and solar
technologies represent some of the important developments that have had arising from the
research efforts aimed at this area of power generation.
The reason for this interest is due to the consolidation of what is called future in terms
of power generation, which is based on decentralization of power generation through
interconnected centers of small generators / consumers.
At distribution level, distributed generation sources, together with the loads connected
to its bus, forms what is defined as a microgrid. Depending on the instantaneous load and
installed generation capacity, a microgrid can behave as a point of consumption or generation
of energy at different times, being able to operate also connected to the network or islanded
form according to the quality energy supplied or need in case of system failure.
Among the technologies of microgeneration, micro hydro power plants with selfexcited
induction generators (SEIG) came to represent an excellent option for electricity
generation in isolated areas, mainly due to its characteristics of robustness and low cost,
compared to synchronous machines. It is an alternative to the use of synchronous generators
in low-power systems powered by small hydroelectric plants, rich in our country.
In this sense, this Master's thesis deals with the modeling and control of a micro hydro
power plant with SEIG with frequency and voltage control. The frequency control is achieved
by controlling the opening of the feeding system of the turbine while the voltage control is
performed through the control of reactive power of the set, using for this a Pulse Width
Modulated (PWM) inverter.
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Based on these definitions and knowledge acquired, it was proposed a system to be
implemented experimentally, consisting of a micro hydro power plant, in this case a motor
driven by a voltage PWM inverter, emulating the behavior of a turbine coupled to the
induction generator. The terminals of the SEIG feed a bus where loads with different
characteristics are connected, featuring a microgrid, having as main goal the control of the
voltage and frequency stability of the energy supplied by the generator to the isolated system.
Among the studies developed for the implementation of the prototype is possible to
highlight: three-phase system modeling, hydraulic system modeling, voltage and frequency
control, and synchronization method.
Throughout this paper, simulations and experimental results are presented in order to
be demonstrated the applicability of control methods, their performance and technical
feasibility of the system. / Na última década houve um aumento significativo no interesse em tecnologias
aplicáveis a microgeração de energia elétrica. Fontes de geração de energia hidráulicas,
eólicas e solares representam algumas das tecnologias que tiveram importantes evoluções
decorrentes dos esforços em pesquisas destinados a esta área de geração de energia.
A razão para tal interesse se deve a consolidação do que é chamado futuro em termos
de geração de energia, sendo este baseado na descentralização da geração de energia através
de redes interligadas de pequenos centros geradores/consumidores.
A nível de distribuição, as fontes de geração distribuída, juntamente com as cargas
conectadas ao seu barramento, formariam o que é definido como uma micro-rede.
Dependendo da carga instantânea e da capacidade de geração instalada, uma micro-rede pode
comportar-se como um ponto de consumo ou de geração de energia em diferentes momentos,
sendo capaz também de operar conectada à rede ou de forma ilhada de acordo com a
qualidade da energia fornecida ou necessidade do sistema em caso de falta.
Dentre as tecnologias de microgeração, as micro centrais hidrelétricas (MCH) com
geradores de indução auto-excitados (GIAE) passaram a representar uma excelente opção
para a geração de energia elétrica em áreas isoladas, devido basicamente as suas
características de robustes e baixo custo, quando comparadas às máquinas síncronas. Trata-se
de uma alternativa ao uso de geradores síncronos em sistemas de baixa potência acionados
por pequenos aproveitamentos hidrelétricos, ricos em nosso território nacional.
Neste sentido, a presente Dissertação de Mestrado trata da modelagem e controle de
uma MCH com GIAE com controle de frequência e tensão. O controle de frequência é obtido
a partir do controle de abertura do sistema de alimentação da turbina enquanto que, o controle
de tensão é realizado a partir do controle da potência reativa do conjunto, utilizando para isso
um inversor de tensão.
Partindo destas definições e dos conhecimentos adquiridos, foi proposto um sistema a
ser implementado experimentalmente, composto de uma micro central hidrelétrica, neste caso
um motor acionado por um inversor de tensão, emulando o comportamento de uma turbina
hidráulica, acoplado ao gerador de indução. Os terminais do GIAE alimentam um barramento
onde são conectadas cargas com características distintas, caracterizando uma micro-rede,
tendo como objetivo o controle da estabilidade da tensão e frequência da energia fornecida
pelo gerador ao sistema isolado.
Dentre os estudos desenvolvidos para a implementação do protótipo é possível
destacar: modelagem do sistema trifásico considerado, modelagem do sistema hidráulico,
controle de tensão e frequência e método de sincronismo.
Ao longo desta dissertação, resultados de simulações e experimentais são
apresentados, a fim de que, seja demonstrada a aplicabilidade dos métodos de controle, seus
desempenhos e a viabilidade técnica do sistema.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsm.br:1/8503 |
| Date | 30 January 2012 |
| Creators | Scherer, Lucas Giuliani |
| Contributors | Camargo, Robinson Figueiredo de, Sausen, Paulo Sérgio, Bisogno, Fábio Ecke |
| Publisher | Universidade Federal de Santa Maria, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, UFSM, BR, Engenharia Elétrica |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSM, instname:Universidade Federal de Santa Maria, instacron:UFSM |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 300400000007, 400, 500, 500, 300, 300, 70751d17-1722-42a6-aef8-4b7fa02c39d3, 8f41f180-2247-4bde-896a-ac2366fee908, 3b3df45e-8ffa-411d-aec5-f41ee1d31c6e, eede035f-3780-484f-805d-f3b21239c39c |
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