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Título: Sistema de aquisição de dados e controle de plantas descentralizadas de energias renováveis
Título em inglês: Data acquisition system and control for decentralized renewable energy plants
Autor(es): Brito, Fábio Timbó
Orientador(es): Carvalho, Paulo Cesar Marques de
Palavras-chave: Energia renovável
Engenharia elétrica
Aquisição de dados
Microcontroladores
Data do documento: Set-2011
Citação: BRITO, F. T. (2011)
Resumo: A contribuição das fontes de energias renováveis na matriz energética mundial está aumentando rapidamente. No Brasil, a capacidade instalada de energia eólica atingiu 1 GW em maio de 2011 e os investimentos para projetos eólicos com entrada em operação até 2013 somam R$ 25 bilhões. Sistemas de aquisição de dados são essenciais para a estimação do potencial energético do local onde a planta de energia renovável será instalada, como o exemplo da geração eólica, onde é exigido um grande volume de dados de anos anteriores a fim de obter modelos precisos dos recursos energéticos do local. De uma forma semelhante para a geração fotovoltaica, pode não haver uma retribuição do valor do investimento, caso o local de instalação da planta possua um baixo potencial de energia solar. Tendo em vista esta necessidade, é descrito na presente dissertação o desenvolvimento de um sistema de aquisição de dados para o monitoramento de plantas de energias renováveis descentralizadas. Este sistema consiste de uma unidade baseada em um microcontrolador para o armazenamento local de informações, permitindo a transmissão para internet via modem, onde os dados são gravados em um servidor de banco de dados. A unidade microcontrolada possui uma arquitetura facilmente estendida para realizar o controle de plantas de energias renováveis através do programa Matlab/Simulink. Uma implementação prática é apresentada através da utilização de um estimador dos mínimos quadrados não recursivos para calcular a função de transferência de uma planta de bombeamento, permitindo um controle preciso da vazão de água através de um controlador PI. Correlações e testes de desempenho são usados para comparar os dados coletados pelo protótipo com os dados de um equipamento comercial. Os resultados indicam um erro quadrático médio de 0,103 m/s, para a medição de velocidade de vento e o fator de correlação superior a 0,9996. No conjunto, as baixas taxas de erros indicam que os dados foram armazenados de uma forma praticamente semelhante ao que seria esperado com base em equipamentos comerciais. Finalmente, a possibilidade de uso comercial do projeto é apresentada, permitindo a utilização de um protótipo para promover uma maior eficiência na transmissão de dados em uma torre meteorológica da Petrobrás em Paracuru - CE, Brasil.
Abstract: The contribution of renewable energy in world energy production is increasing rapidly. In Brazil, the installed capacity of wind power reached 1 GW in May 2011 and the investments for projects with start-up until 2013 are R$ 25 billion. Data acquisition systems are essential to estimate the energy potential of renewable energy plants, the wind power production as an example, require a large volume of data available from past years in order to derive accurate models of the renewable energy. In a similar way, if the photovoltaic generation system is installed in a place of a low solar potential, the project is unable to repay the value of the investment. Therewith, the development of a data acquisition system for decentralized renewable energy sources monitoring is described in the present dissertation. The system has a microcontroller-based unit for local storing and data transmission to internet by a modem and a database server is used to store the data. The proposed architecture is easily extended for controlling a decentralized renewable energy plant by the Matlab/Simulink program. A practical implementation is presented with the utilization of a non-recursive least square algorithm estimator to estimate the transfer function of a pumping plant and allowing an accurate control of water flow by the use of a PI controller. Correlations and performance tests are used to compare the data collected by the system prototype with the data collected by commercial equipment. The results indicate that the root mean square error is 0.103 m/s, for wind speed measurement and the correlation factor is greater than 0.9996. Overall, the low errors rates indicate that the data have been stored on to a broadly similar form to what would be expected based in a commercial equipment. Finally, the possibility of a commercial use of this project is presented to improvement of data transmission efficiency in a meteorological tower of Petrobrás in Paracuru - CE, Brasil.
Descrição: BRITO, F. T. Sistema de aquisição de dados e controle de plantas descentralizadas de energias renováveis. 2011. 149 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2011.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/1414
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