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Title in Portuguese: Sistema de controle digital para WECS de eixo vertical
Title: Digital control system for vertical axis WECS
Author: Almeida, Bruno Ricardo de
Advisor(s): Oliveira Júnior, Demercil de Souza
Keywords: Energia eólica
Aerogeradores
Sistemas de controle digital
Engenharia elétrica
Issue Date: Jan-2012
Citation: ALMEIDA, B. R. de. Sistema de controle digital para WECS de eixo vertical. 2012. 154 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2012.
Abstract in Portuguese: Uma alternativa para minimizar os problemas energéticos utilizando fontes renováveis de energia, é a microgeração distribuída em meios urbanos. Neste ambiente onde os ventos são turbulentos e irregulares, as turbinas eólicas de eixo vertical apresentam uma eficiência muito próxima às turbinas eólicas de eixo horizontal, com a vantagem de possuírem baixas vibrações, por trabalharem com baixas rotações. Assim, com o objetivo de explorar esta tecnologia de eixo vertical, este trabalho apresenta um sistema eólico de conversão de energia utilizando uma turbina de eixo vertical de 1500 watts. Inicialmente é proposta uma topologia composta por dois estágios de conversão, sendo o primeiro um retificador trifásico semicontrolado em alta frequência (RTSCAF) e o segundo estágio um conversor Buck convencional, onde todo o controle é feito de forma analógica. Buscando melhorias com relação ao rendimento e tamanho, é proposta em seguida uma segunda topologia, onde o conversor Buck convencional é substituído por um conversor Buck intercalado síncrono, com controle totalmente digital. Para todos os conversores, foram realizadas as análises qualitativa e quantitativa, sendo realizado também o projeto dos componentes e dos controladores. Ao final são apresentados os resultados de simulação onde se verifica uma distorção harmônica total (DHT) na corrente de entrada de aproximadamente 18,5% para ambas as topologias, e observa-se uma diminuição de 30% na corrente eficaz que circula no banco de capacitores do barramento cc ao utilizar o conversor Buck intercalado síncrono, na segunda topologia. O protótipo experimental de 1500 watts da primeira topologia foi testado e apresentou um rendimento de 91% para potência nominal.
Abstract: An option to minimize the energetic problems using renewable energy sources is the distributed micro generation in urban areas. In this kind of environment, where the winds are not regular ande turbulent, the efficiencies from vertical axis wind turbines are comparable to those ones from horizontal axis wind turbines, with the additional vantage of producing low mechanical vibrations at low rotation speeds. Thus, in order to explore this technology, this work presents a wind energy conversion system using a 1.5 kW vertical axis wind turbine. Firstly, a two power conversion stages topology is proposed, the first stage is a high frequency, semi controlled, three phase rectifier and the second stage is a classical Buck converter, the proposed topology is controlled by an analog control system. Secondly, in order to achieve size and efficiency improvements, a second topology is proposed, where the classic Buck converter is substituted by a synchronous, interleaved Buck converter, this second topology is fully digitally controlled. For both topologies, qualitative and quantitative analyses have been realized as well as its control systems have been design. Finally, simulation results are presented for both topologies, where an 18.5% input current total harmonic distortion can be verified for both topologies and, a 30% reduction of rms current trough dc link capacitors is verified for the second topology. A 1.5 kW prototype, based on the first proposed topology, was built and tested, achieving a full power efficiency of 91%.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/2112
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