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Title in Portuguese: Emulação dinâmica de uma turbina eólica utilizando um MIT com controle vetorial de velocidade
Author: Sombra, Andresa Kelly Ribeiro
Advisor(s): Leão, Ruth Pastôra Saraiva
Co-advisor(s): Sgrò, Domenico
Keywords: Emulador Dinâmico de Turbina Eólica
Controle vetorial
Motor de Indução Trifásico
Efeitos aerodinâmicos
Issue Date: 2020
Citation: SOMBRA, Andresa Kelly Ribeiro. Emulação dinâmica de uma turbina eólica utilizando um MIT com controle vetorial de velocidade. 2020. 130f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Fortaleza, 2020.
Abstract in Portuguese: Dentre as energias renováveis, a energia eólica tem tido destaque mundial devido à crescente aplicação na conversão em energia elétrica. Em razão da natureza estocástica dos ventos, os impactos da inserção da geração eólio-elétrica nos sistemas elétricos tornaram-se objeto de estudo. Fatores que influenciam no controle de potência são analisados, em especial a tecnologia do gerador, da turbina eólica e dos conversores associados. Nesse contexto, este trabalho tem como objetivo modelar e implementar um emulador de turbina eólica utilizando um motor de indução trifásico (MIT) de rotor gaiola de esquilo operando com velocidade variável. A emulação de uma turbina eólica oferece benefícios em termos de custo e espaço físico para instalação e flexibilidade na implementação de estratégias de controle. O emulador desenvolvido é dinâmico e, portanto, considera os efeitos aerodinâmicos do aerogerador, tais como efeito de sombra da torre e efeito de cisalhamento do vento. Para emular a dinâmica mecânica do aerogerador, foi usada a modelagem de parâmetros concentrados de duas massas, a qual considera também a dinâmica do motor. Para avaliar o comportamento do modelo dinâmico do aerogerador foram realizados testes de rajada e de variação de vento. Para controlar a velocidade do MIT, é utilizada uma técnica de controle vetorial do tipo controle por campo orientado direto (DFO). O trabalho propõe uma reconfiguração no estimador, por meio da mudança de localização do integrador,para aumentar o desempenho do sistema. Além disso, a estimação é feita sem sensores de tensão para reduzir o custo total do sistema. A validação da estrutura completa foi feita por simulação computacional e em bancada experimental. Os resultados de simulação mostraram a capacidade do emulador na representação da dinâmica de um aerogerador, considerando, inclusive, teste de degrau de potência. Os resultados experimentais demonstraram resposta satisfatória dos controles implementados de corrente, fluxo e velocidade às variações de velocidade a que foram submetidos.
Abstract: Among renewable energies, wind energy has been highlighted worldwide due to the increasing application in the conversion into electric energy. Due to winds stochastic nature, wind-power ge-neration has become an study object regarding the impacts of a variable output power generationon the power grid. Factors that influence power control are analyzed, especially the wind turbine,the generator and the associated static converters technologies. In this context, this work aimsto model and implement a wind turbine emulator using a three-phase induction motor (TIM)operating at variable speed. The wind turbine emulation offers benefits in terms of cost andphysical installation space, and flexibility in control strategies implementation. The developedemulator is dynamic and therefore considers the wind turbine aerodynamic effects, such as thetower’s shadow and wind shear effects. To emulate the wind turbine mechanical dynamics, the two masses concentrated parameters model was used, which also considers the engine dynamics.In order to assess the behavior of the wind turbine dynamic model, wind gust and variation testswere performed. To control the tree-phase induction motor, a vector control technique is used,the direct oriented field control (DFO) type. The work proposes a reconfiguration in the fluxestimator, by changing the integrator’s location to increase the system’s performance. In addition,the estimation is done without voltage sensors for the purpose of reducing the system total cost.The complete structure validation was done by computer simulation and on experimental bench.The simulation results have shown the emulator capacity to represent an wind turbine dynamics,including a power step test. The experimental results have demonstrated a satisfactory response of the implemented controls of current, flux and speed when submitted to speed variations.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/54675
metadata.dc.type: Dissertação
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