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Title in Portuguese: Um sistema de conversão de energia eólica de 53kw conectado à rede elétrica utilizando um emulador de turbina eólica
Author: Sousa, Jefferson Maia de
Advisor(s): Oliveira Júnior, Demercil de Souza
Co-advisor(s): Pacheco, Juliano de Oliveira
Keywords: Energia Eólica
Emulador de Turbina Eólica
Fontes Renováveis
Conversor conectado à rede elétrica
WECS
Issue Date: 2021
Citation: SOUSA, Jefferson Maia de. Um sistema de conversão de energia eólica de 53kw conectado à rede elétrica utilizando um emulador de turbina eólica. 2021. 88f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) – Universidade Federal do Ceará, Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica, Fortaleza, 2021.
Abstract in Portuguese: Com a crescente produção de energia elétrica através do aproveitamento da energia eólica, a eletrônica de potência é de grande importância para a conexão dessa fonte de energia a rede elétrica, e existe a necessidade de se testar esses conversores em espaços reduzidas e com um menor custo financeiro para diferentes perfis de vento. Nesse contexto, este trabalho tem como objetivo propor um sistema de conversão de energia eólica de 53kW com um emulador de turbina eólica. Para o emulador é utilizado um motor de indução trifásico de 100 cv da fabricante WEG, uma caixa de engrenagens para reduzir a velocidade de rotação e aumentar o torque e um inversor WEG CFW-09 para controlar o motor e garantir que tenha as mesmas características torque-velocidade de uma turbina real. É utilizado um gerador síncrono de imã permanente (PMSG, do inglês Permanent Magnet Synchronous Generator) de 53 kW para converter a energia mecânica em elétrica com um conversor eletrônico de potência para conexão à rede elétrica. O conversor opera com a frequência variável da tensão do PMSG e apresenta dois estágios de conversão de energia (CA/CC e CC/CA). O primeiro estágio de conversão é composto por três retificadores boost bridgeless monofásicos, sendo um por fase e que utiliza as indutâncias síncronas do próprio PMSG como elemento armazenador de energia e para correção do fator de potência. O segundo estágio de conversão é composto por um inversor de tensão trifásico em ponte com um filtro indutivo. O sistema de emulação de turbina eólica é apresentado, desde os detalhes da sua construção física, da modelagem da turbina e da aplicação desenvolvida em LABVIEW. No trabalho é analisada a modelagem e a modulação por portadora do estágio retificador, a modelagem em dq e a modulação vetorial espacial do inversor. A validação do conversor é feita por simulação no software PSIM. As simulações são realizadas para diversos pontos de operação com diferentes frequências e potências, apresentando valores de THD abaixo de 5% e elevado fator de potência, tanto na corrente do lado do PMSG quanto no lado da rede. .
Abstract: With the increasing production of electric energy using wind energy, power electronics presents a great collaboration with the connection of this energy source to the electrical grid, and there is a need to test these converters in reduced spaces and at a lower cost for different wind profiles. In this context, this work aims to propose a 53kW wind energy conversion system with a wind turbine emulator. For the emulator, a 100 cv threephase induction motor from the manufacturer WEG is used, a gearbox to reduce the rotation speed and increase the torque and a WEG CFW-09 inverter to control the motor and ensure that it has the same torque-speed characteristics of a real turbine. A 53 kW permanent magnet synchronous generator (PMSG) is used to convert mechanical energy into electrical energy with an electronic power converter for connection to the electrical grid. The converter operates with the variable frequency of the PMSG voltage and features two power conversion stage (AC/DC and DC/AC). The first conversion stage consists of three single-phase boost bridgeless rectifiers, one per phase, which uses the synchronous inductances of the PMSG itself as an energy storage element and for power factor correction. The second conversion stage is composed of a full-bridge three-phase voltage inverter with an inductive filter. The wind turbine emulation system is presented, from the details of its physical construction, the turbine modeling and the application developed in LABVIEW. The work analyzes the modeling and carrier modulation of the rectifier stage, the dq modeling and the spatial vector modulation of the inverter. Converter validation is done by simulation in PSIM software. The simulations are performed for several operating points with different frequencies and powers, with THD values below 5% and high power factor, both in the current on the PMSG side and on the grid side
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/60364
metadata.dc.type: Dissertação
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