Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / In many hydroelectric power plants, while the water inflows are greater than demand, part of this water that could be used to generate energy is spilled by the dam gates and literally wasted. This dissertation discusses the use of this wasted hydroelectric potential for hydrogen (H2) generation through water electrolysis. The usage of this hydrogen can happen not only in vehicle engines or industrial applications, but in energy generation through fuel cells and behaving as an energy vector. The H2 production by electrolysis requires an energy source for its processing. This dissertation aims at to mitigate this issue by the use of the secondary energy. Besides the H2 generation aspects, it is presented the complete mathematic model of alkaline electrolyzers.
With respect to the wasted hydroelectric potential approach it must be taken into account that alternative sources of energy are settled onto three bases: the energy source itself, the distribution grid and the interconnection energy source-to-grid (or source-to-load). Looking at this fact, the source connection and disconnection from the grid is a challenge for systems engineering. For this dissertation the simulation of Voltage Source Inverters (VSI) was selected to represent the islanded and grid tied conditions. For that, it is proposed an anti-islanding algorithm used to protect the system against faults that may occur in the grid. A reconnection algorithm is also included to obtain the synchronism of the alternative source with the electric grid. To control these inverters, two control techniques are presented along this text: DQ-frame and the proportional and resonant (P+Resonant) control. These control techniques are simulated to evaluate the application efficiency of such controllers. Additionally a smart control in perspectives of the smart grid was also developed and it is proposed in this dissertation.
A smart grid integrated to the distribution system allows aggregation of efficient actions of all agents related to electricity services and so strategically making available the electricity goods and services. In this context, based on real-time spot pricing of the electricity obtained from the utility using an advanced metering device, the inverter control algorithm determines the optimal operating mode. This algorithm enables the inverter to: a) schedule local loads; b) determine either to local storage or selling of energy to the grid. Finally, it is shown that on-line fault detection in the system can also make possible a fast restoration of most contingence situations. / Em muitas Usinas Hidrelétricas, quando as afluências de água são maiores que a demanda, uma parcela desta água que ainda poderia ser utilizada para gerar energia é desviada para o vertedouro e literalmente desperdiçada. Esta energia recebe a denominação de Energia Vertida Turbinável (EVT). Essa dissertação discute o aproveitamento da EVT para produção de hidrogênio através da eletrólise da água. O uso desse hidrogênio pode ocorrer não apenas em motores de veículos ou aplicações industriais, mas na própria geração de energia elétrica em células a combustível, agindo como vetor energético. A produção de H2 por eletrólise da água convencionalmente necessita de uma fonte de energia para o processo. Essa dissertação sugere a mitigação deste problema pela utilização de energia secundária. Além de aspectos para produção de H2, é apresentada uma modelagem matemática completa de todo este processo envolvendo os eletrolisadores alcalinos. Na abordagem da EVT há que se levar em conta que as fontes alternativas em geral estão assentadas em três fundamentos: a fonte de energia, a rede de distribuição e a interconexão fonte de energia-rede (ou fonte-carga). Com vistas a este fato, a desconexão e re-conexão entre a fonte e a rede pode ser um problema desafiador para a engenharia de sistemas. Para esta dissertação, selecionou-se a simulação dos Inversores VSI (Voltage Source Inverters) como resposta para as condições de ilhamento e conexão à rede elétrica. Para isto, propõe-se um algoritmo anti-ilhamento que visa a proteção contra as faltas que possam ocorrer na rede e um algoritmo de re-conexão à rede, incluindo o meio de sincronismo da fonte alternativa com a rede. Para controlar tais inversores, duas técnicas são apresentadas ao longo deste texto: utilizando as transformações DQ e controle proporcional e ressonante (P+Resonant). Essas duas técnicas de controle são simuladas para se avaliar a eficiência da aplicação de tais controladores. Em adicional, foi desenvolvido um controle inteligente diferenciado com perspectivas ao Smart Grid. O Smart Grid integrado aos sistemas de distribuição permite agregar de forma eficiente as ações de todos os agentes ligados a ele para que, de forma estratégica, sejam disponibilizados bens e serviços de eletricidade. Neste contexto, o controle inteligente proposto para inversores de conexão com rede a utiliza técnicas de gerenciamento pelo lado da demanda e ainda determina automaticamente o ponto ótimo de operação do inversor, possibilitando assim o planejamento e arranjo de cargas locais e a determinação de quando deve ser armazenada energia ou vendida para a rede. Mostra-se finalmente que a detecção das falhas no sistema também poderá ser praticada de forma a se poder atuar rapidamente no restabelecimento das situações de contingência.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsm.br:1/8486 |
| Date | 24 January 2011 |
| Creators | Carnieletto, Renata |
| Contributors | Farret, Felix Alberto, Botton, Janine Padilha, Martins, Geomar Machado |
| 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 | Portuguese |
| 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, 449b5fdb-0727-4d8d-9981-12bed67e373b, 36bab4d6-cf42-401f-93fa-2e22bdcb0e8e, f17550b2-6625-4367-b9a3-8e94678ac86a, 633cfcf0-211d-447f-9a1a-3266c067f4c9 |
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