Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The lodgment of wind sites is in a visible growing demand not only in Brazil, but all over the
world. The wind energy, even though consolidated, still hosts many scientific researches and
industrial development in several areas such as control, power converter topologies and
stability of grid connected wind turbines (WT). Due to the remarkable development of this
technology in the market and the wind seasonality characteristics, it is difficult to study this
power source in its operation field. Thus, a controlled environment for testing is desirable.
This dissertation presents a topology of horizontal axis wind turbines (HAWT) emulator using
a DC motor to provide an electrical generator the same torque that it would if it was driven by
a typical WT. In addition to the static model, represented by the pitch angle and power
coefficient, a dynamic model of HAWT is proposed in order to improve the representation of
real turbines in the field, which allows characterizing the effect of wind shear, towering
shadowing and turbine yaw. Furthermore, it permits emulating large inertia machines through
smaller engines, by changing the torque imposed on the generator. The appealing motivation
in this thesis is that the Magnus turbine emulation includes a relative new type of wind
machine that possesses rotating cylinders instead of the traditional propeller blades in
traditional HAWT. It is shown how these cylinders increase the available torque, then
producing useful power even at lower wind speeds. Simulated and experimental results to
evaluate the performance of the wind turbine emulator are presented. Both turbines are
analyzed with and without MPPT. Finally the conclusions of this work are presented as well
as new proposals for future works. / A instalação de parques eólicos tem se expandido não só no mundo, mas também no Brasil. A
energia eólica, apesar de ser já bastante consolidada, ainda é palco para muitos trabalhos
científicos e pesquisas na indústria nas áreas de controle, topologias de conversores de
potência e estabilidade na conexão de aerogeradores com a rede. Devido a este fato junto com
a sazonalidade do vento, torna-se difícil estudar esse tipo de fonte em seu âmbito de operação,
sendo assim desejável um ambiente controlado para testes. Esta dissertação apresenta uma
topologia para emulação de turbinas de eixo horizontal (HAWT) utilizando um motor de
corrente contínua para acionar geradores com o mesmo torque que haveria caso estivessem
acoplados a uma turbina real. Para melhor verossimilhança com as turbinas em campo, além
do modelo estático composto pelo ângulo de passo das pás e o coeficiente de potência,
propõe-se um modelo dinâmico para representar o efeito cortante do vento, o sombreamento
da torre e o direcionamento da turbina em relação ao vento. Além do mais, o modelo proposto
permite também a emulação de máquinas de grande inércia usando motores de menor porte,
pela simples alteração do torque imposto ao gerador. O diferencial nesta dissertação consiste
na possibilidade de emulação da turbina Magnus, que é um aerogerador que possui cilindros
girantes no lugar das tradicionais pás presentes nas HAWT, que aumentam o torque
disponível. Com isto, pode-se mostrar como a turbina Magnus pode gerar maior potência em
baixas velocidades vento. São apresentados então os resultados simulados e experimentais
avaliando o comportamento completo do emulador de turbinas eólicas. Ambas as turbinas são
analisadas com e sem MPPT. Finalmente, são mostradas as conclusões do trabalho e as
propostas para futuros trabalhos.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsm.br:1/8552 |
| Date | 24 January 2014 |
| Creators | Corrêa, Leonardo Candido |
| Contributors | Farret, Felix Alberto, Parizzi, Jocemar Biasi, Flores Filho, ály Ferreira, Bernardon, Daniel Pinheiro |
| 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, 300, 300, 300, 300, 449b5fdb-0727-4d8d-9981-12bed67e373b, 5db2e333-35d2-43fc-9229-e2e359d104ae, 92ddf2d2-0a49-4c8d-96e0-638c099348f4, b6ade32f-138a-40e5-9067-f60fd2224771, 30153068-3e08-47df-9b32-0ffb7087cf44 |
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