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Título: Sistema de conversão de energia eólica interligado à rede
Título em inglês: Wind energy conversion system connected to the grid
Autor(es): Guimarães, Jéssica Santos
Orientador(es): Oliveira Júnior, Demercil de Souza
Palavras-chave: Engenharia elétrica
Conversores rotativas
Energia eólica
Data do documento: 26-Fev-2016
Citação: GUIMARÃES, J. S. (2016)
Resumo: Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema de conversão de energia eólica (WECS - Wind Energy Conversion System) com gerador síncrono de imã permanente (PMSG - Permanent Magnet Synchronous Generator) operando com velocidade variável. O circuito de processamento de energia é dividido em dois estágios. No estágio AC-DC, uma topologia boost bridgeless trifásica unidirecional absorve a energia fornecida pelo gerador e injeta no link DC. Neste conversor, a técnica de autocontrole permite a extração de corrente com baixa taxa de distorção harmônica (THD – Total Harmonic Distortion) e alto fator de potência. Além disso, um algoritmo de rastreamento do máximo ponto de potência (MPPT - Maximum Power Point Tracking) determina a velocidade de rotação do gerador que irá garantir o ponto adequado de operação. Este modo de operação é mantido enquanto a potência disponível for menor que a potência nominal do conversor. Caso contrário, o algoritmo de MPPT é desabilitado e uma malha de controle de potência mecânica garante a condição nominal de potência. No estágio de conversão DC-AC, um inversor trifásico ponte completa, cujo controle é baseado na teoria das potências instantâneas, provê energia à rede elétrica cumprindo com as exigências normativas. Uma análise teórica completa é apresentada assim como os resultados de simulação considerando o protótipo com a potência nominal de 6 kW equivalente a turbina eólica utilizada. Resultados experimentais satisfatórios são apresentados para uma potência de 3 kW: o rendimento do sistema completo é superior a 90%; a corrente que circula no gerador apresenta THD de aproximadamente 2,6% e fator de potência de 0,942; e a corrente injetada na rede elétrica possui THD de 1,639% e fator de potência de 0,994.
Abstract: This master thesis presents the development of a Wind Energy Conversion System (WECS) with Permanent Magnet Synchronous Generator (PMSG) operating at variable speed. The energy processing circuit is divided into two stages. In the AC-DC stage, an unidirectional three-phase bridgeless boost topology absorbs the energy supplied by the generator and injects it into the DC link. In this converter, the self-control technique allows the current extraction with low THD and high power factor. Furthermore, a - Maximum Power Point Tracking (MPPT) determines the rotational speed of the generator that will ensure the proper operating point. This mode of operation is maintained while the available power remains lower than the converter rated power. Otherwise, the MPPT algorithm is disabled and a mechanical power control loop ensures the rated power condition. On the DC-AC conversion stage, a three-phase full-bridge inverter, whose control is based on the theory of instantaneous power, provides energy to the grid complying with regulatory requirements. A complete theoretical analysis is presented as well as the simulation results considering the prototype with a rated power of 6 kW equivalent of wind turbine used. Satisfactory experimental results are shown to an output of 3 kW: the efficiency of the total system is above 90%; the current through the generator has a THD of about 2.6% with a power factor of 0.942; moreover, the current injected into the grid has a THD of about 1.639% and a power factor of 0.994.
Descrição: GUIMARÃES, J. S. Sistema de conversão de energia eólica interligado à rede. 2016. 167 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/16521
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