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Tipo: Dissertação
Título: Desenvolvimento de sistema de controle híbrido Fuzzy-PID para motogeradores a biogás
Autor(es): Costa, Lucas Ribeiro da
Orientador: Soares, José Marques
Coorientador: Barroso, Giovanni Cordeiro
Palavras-chave: Teleinformática;Biogás;Lógica difusa;Geração distribuída de energia elétrica;Generator set;Fuzzy logic
Data do documento: 2020
Citação: COSTA, L. R. da. Desenvolvimento de sistema de controle híbrido Fuzzy-PID para motogeradores a biogás. 2020. 96 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2020.
Resumo: O uso de biogás como fonte renovável de energia já é uma realidade, sendo aplicado tanto em produção de calor como em plantas de geração e cogeração de energia elétrica. Neste sentido, este trabalho apresenta-se como uma contribuição para o fortalecimento do uso desta fonte de energia renovável, propondo um sistema de controle capaz de assegurar a qualidade da energia gerada e níveis de eficiência satisfatórios. De forma mais específica, foi proposto um sistema de controle que assegure que a frequência elétrica na saída do gerador permanecesse dentro dos padrões exigidos pela norma brasileira, mesmo sob condições adversas de variação de carga e composição do combustível durante a operação do grupo gerador. Para tal, um modelo matemático foi desenvolvido de forma a representar os efeitos mecânicos da composição do combustível e variações de carga, bem como representar os fenômenos elétricos envolvidos na conversão de energia mecânica em energia elétrica. Em seguida, o modelo foi implementado computacionalmente e testado com um sistema de controle composto por um controlador híbrido formado por um Sistema Fuzzy que otimiza os ganhos de controladores PID. Por fim, foram realizadas simulações do sistema proposto contemplando cenários variados de operação, desde operação padrão em regime permanente até a simulação de defeitos, falhas graves, variações súbitas de carga e de composição do combustível. Observou-se que o sistema sem o controlador híbrido apresenta comportamento instável quando submetidos às variações das entradas (carga e composição do combustível). Com a introdução do controle Fuzzy-PID, observou-se que o sistema apresentou uma resposta satisfatoriamente rápida (tempo de subida 0,0094 s e tempo de acomodação de 0,0764 s), além de assegurar que as oscilações se mantivessem dentro do limite estabelecido por norma, frequência entre 59,9 Hz e 60,1 Hz e tensão entre 90% e 110% do valor nominal da rede elétrica.
Abstract: The use of biogas as a renewable source of energy is already a reality, being applied both in heat production and in power generation and cogeneration plants. In this sense, this work presents itself as a contribution to the strengthening of the use of this renewable energy source, proposing a control system capable of ensuring the quality of the energy generated and satisfactory levels of efficiency. More specifically, a control system was proposed to ensure that the electrical frequency at the generator output remained within the standards required by the Brazilian standard, even under adverse conditions of load variation and fuel composition during the operation of the generator set. For this, a mathematical model was developed in order to represent the mechanical effects of the fuel composition and load variations, as well as to represent the electrical phenomena involved in the conversion of mechanical energy into electrical energy. Then, the model was implemented computationally and tested with a control system composed of a hybrid controller formed by a Fuzzy System that optimizes the gains of PID controllers. Finally, simulations of the proposed system were carried out, contemplating varied operating scenarios, from standard operation in permanent regime to the simulation of defects, serious failures, sudden variations in load and fuel. It was observed that the system without the hybrid controller presents an unstable behavior when submitted to variations of the inputs. With the introduction of the Fuzzy-PID control, it was observed that the system presents a satisfactorily fast response (rise time 0.0094 s and accommodation time 0.0764 s) in addition to ensuring that the oscillations remained within the limit established by norm , with frequency between 59.9 Hz and 60.1 Hz and voltage between 90% and 110% of the nominal value of the electrical network.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/52246
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