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Previous issue date: 2016-02-29 / CNPQ / As turbinas eólicas são as máquinas responsáveis pela conversão de energia a partir de uma fonte primária profundamente irregular e variável, o vento. Para extrair energia do vento e transformá-la em energia elétrica de maneira eficiente e segura, os sistemas de controle são componentes essenciais das turbinas eólicas. Eles são responsáveis por regular velocidade e/ou potência e por reduzir as cargas mecânicas e as vibrações na estrutura. O crescente tamanho das atuais turbinas eólicas, que constituem estruturas de grande porte e cada vez mais flexíveis, faz com que a interação da dinâmica estrutural com os sistemas de controle se torne uma questão fundamental. O controle de pitch é utilizado para mitigar as cargas mecânicas e controlar a potência. Os sistemas de controle utilizados como padrão na indústria eólica são sistemas de uma entrada-uma saída (single-input, single-output, SISO). Sistemas avançados de múltiplas entradas e múltiplas saídas (multiple-input, multiple-output, MIMO) baseados no método de espaço de estados e no Controle por Acomodação de Distúrbios (DAC) podem melhorar a performance e resolver alguns problemas de instabilidade dinâmica que surgem com os sistemas de controle padrão. O uso de sistemas de controle avançados foi proposto e testado em trabalhos anteriores para uma turbina de médio porte, a CART-750kW, e bons resultados foram obtidos. No entanto, a mesma metodologia ainda não foi testada em turbinas de grande porte. Neste trabalho, a metodologia MIMO em espaço de estados é aplicada à turbina de grande porte NREL 5 MW, com o objetivo de controle estável de velocidade na Região 3 e de mitigação de cargas mecânicas através da adição de amortecimento ativo aos modos estruturais. Foram implantados e simulados os sistemas de controle padrão e avançados para esta turbina. Assim, é possível analisar a evolução da performance que os sistemas de controle avançados proporcionam em turbinas de grande porte e avaliar as diferenças entre as turbinas de médio porte (CART -750kW) e de grande porte (NREL 5 MW). / Wind turbines are the machines that extract energy from the wind, a primary source deeply irregular and variable. Control systems are essential for extracting wind energy and transforming it into electrical energy in a efficient and safe manner. They are responsible for regulating speed/power and reducing mechanical loads/vibrations on the structure. The increasing size of wind turbines, which are becoming large-scale and flexible structures, makes the interaction of control systems and structural dynamics a main concern. The pitch control is used to mitigate mechanical loads and to regulate power. The standard control systems used in the wind industry are single-input, single-output control systems (SISO). Advanced multipleinput, multiple-output systems (MIMO) using state-space techniques and Disturbance Accomodating Control (DAC) can improve performance and solve some problems of dynamic instability of standard control systems. The use of advanced control systems was proposed and tested in previous works for a medium-scale turbine, CART-750kW, and good results were obtained. However, the same methodology has not yet been tested in large-scale turbines. In this work, MIMO control systems are applied to the large-scale turbine NREL 5 MW, with the goal of stable speed control in Region 3 and mitigation of mechanical loads by adding active damping to the structural modes. Standard and advanced control systems were implemented and simulated. Thus, it is possible to analyze the evolution of performance provided by advanced control systems in large-scale turbines and evaluate the differences between mediumscale turbines (CART -750kW) and large-scale (NREL 5 MW).
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufpe.br:123456789/17935 |
| Date | 29 February 2016 |
| Creators | MENEZES, Eduardo José Novaes |
| Contributors | http://lattes.cnpq.br/5210533486699425, SILVA, Nadège Sophie Bouchonneau, ARAÚJO, Alex Maurício |
| Publisher | Umiversidade Federal de Pernambuco, Programa de Pos Graduacao em Engenharia Mecanica, UFPE, Brasil |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFPE, instname:Universidade Federal de Pernambuco, instacron:UFPE |
| Rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil, http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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