Sistema de geração eólica com filtragem de correntes harmônicas

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Silva, Leonardo Pires de Sousa
Orientador(a): Moreira, Adson Bezerra
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/81450
Resumo: Point Tracking (MPPT) technique. The generator is controlled in dq coordinates through the orientation of the rotor’s magnetic flux, using PI controllers for the speed and current loops. The GSC is responsible for regulating the electrical currents delivered to the point of common coupling (PCC) by means of an inductive filter, as well as controlling the electrical voltage of the DC bus. The GSC is controlled in synchronous coordinates, where the DC bus voltage loop uses PI compensators, while the current loops use LQR controllers with integral action. Three active compensation proposals are used to evaluate the performance of the wind system. Proposal 1 is based on the Synchronous Reference Frame (SRF) compensation method for harmonic filtering. Proposal 2 adopts the p-q theory in with the Dual Second Order Generalized Integrator-Phase Locked Loop (DSOGI-PLL) algorithm to ensure correct harmonic compensation. Proposal 3 uses Conservative Power Theory (CPT) for selective compensation of reactive power, phase unbalances and active filtering in electrical power systems. Four case studies are carried out to evaluate how the connection of non-linear, unbalanced and reactive loads in the PAC affects the power quality of the voltages and currents in the electrical grid. Case 1 evaluates the system without active compensation, while cases 2, 3 and 4 investigate the behavior of the wind system with proposals 1, 2 and 3, in that order. Case 1 showed grid current Total Demand Distortion (TDD) values above those allowed by IEEE regulation 519 in all the intervals analyzed. Case 2 showed the lowest current TDD of all the cases, in line with the IEEE standard. Case 4 showed a grid voltage Total Harmonic Distortion (THD) lower than or equal to cases 2 and 3. In 12.5 s, the reactive power injected into the PAC was 0 VAr, 2540 VAr, 392 kVAr and 388 VAr, for cases 1, 2, 3 and 4, respectively. The standard deviation of the amplitudes of the phases of the mains currents were 16.57 A, 11.84 A, 10.17 A and 9.36 A at t= 12.5 s, for cases 1, 2, 3 and 4, in that order. Thus, proposals 1, 2 and 3 improve the power quality of the electrical system, as well as guaranteeing the delivery of power to the grid.
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spelling Silva, Leonardo Pires de SousaMoreira, Adson Bezerra2025-07-02T16:11:42Z2025-07-02T16:11:42Z2023SILVA, Leonardo Pires de Sousa. Sistema de geração eólica com filtragem de correntes harmônicas. 2023. Dissertação (Mestrado) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e da Computação, Campus de Sobral, Universidade Federal do Ceará, 2023.http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/81450Point Tracking (MPPT) technique. The generator is controlled in dq coordinates through the orientation of the rotor’s magnetic flux, using PI controllers for the speed and current loops. The GSC is responsible for regulating the electrical currents delivered to the point of common coupling (PCC) by means of an inductive filter, as well as controlling the electrical voltage of the DC bus. The GSC is controlled in synchronous coordinates, where the DC bus voltage loop uses PI compensators, while the current loops use LQR controllers with integral action. Three active compensation proposals are used to evaluate the performance of the wind system. Proposal 1 is based on the Synchronous Reference Frame (SRF) compensation method for harmonic filtering. Proposal 2 adopts the p-q theory in with the Dual Second Order Generalized Integrator-Phase Locked Loop (DSOGI-PLL) algorithm to ensure correct harmonic compensation. Proposal 3 uses Conservative Power Theory (CPT) for selective compensation of reactive power, phase unbalances and active filtering in electrical power systems. Four case studies are carried out to evaluate how the connection of non-linear, unbalanced and reactive loads in the PAC affects the power quality of the voltages and currents in the electrical grid. Case 1 evaluates the system without active compensation, while cases 2, 3 and 4 investigate the behavior of the wind system with proposals 1, 2 and 3, in that order. Case 1 showed grid current Total Demand Distortion (TDD) values above those allowed by IEEE regulation 519 in all the intervals analyzed. Case 2 showed the lowest current TDD of all the cases, in line with the IEEE standard. Case 4 showed a grid voltage Total Harmonic Distortion (THD) lower than or equal to cases 2 and 3. In 12.5 s, the reactive power injected into the PAC was 0 VAr, 2540 VAr, 392 kVAr and 388 VAr, for cases 1, 2, 3 and 4, respectively. The standard deviation of the amplitudes of the phases of the mains currents were 16.57 A, 11.84 A, 10.17 A and 9.36 A at t= 12.5 s, for cases 1, 2, 3 and 4, in that order. Thus, proposals 1, 2 and 3 improve the power quality of the electrical system, as well as guaranteeing the delivery of power to the grid.Este trabalho tem como objetivo avaliar técnicas de controle aplicados a um sistema de geração de energia eólica com o gerador síncrono de imãs permanentes (GSIP) conectado à rede elétrica. O sistema eólico possui o conversor back-to-back para fazer a interface entre o gerador e a rede elétrica. Este conversor é composto por um conversor do lado do gerador (CLG) e um conversor do lado da rede elétrica (CLR). O CLG é responsável por controlar as potências produzidas pelo gerador com a aplicação da técnica de MPPT por lambda ótimo. O gerador é controlado em coordenadas dq através da orientação do fluxo magnético do rotor, utilizando controladores PI para as malhas de velocidade e correntes. O CLR é responsável por regular as correntes elétricas entregues no ponto de acoplamento comum (PAC) por meio de um filtro indutivo, bem como controlar a tensão elétrica do barramento CC. O controle do CLR é realizado em coordenadas síncronas, em que a malha de tensão do barramento CC utiliza compensadores PI, enquanto as malhas das correntes adotam controladores LQR com ação integral. Três propostas de compensação ativa são utilizadas para avaliar o desempenho do sistema eólico. A proposta 1 é baseada no método de compensação SRF para a filtragem harmônica. A proposta 2 adota a teoria pq em conjunto com o algoritmo DSOGI-PLL para garantir a correta compensação harmônica. A proposta 3 emprega a teoria CPT para a compensação seletiva de potência reativa, desbalanceamentos de fases e filtragem ativa nos sistemas de energia elétrica. Quatro estudos de casos são realizados para avaliar como a conexão de cargas não lineares, desbalanceadas e reativas no PAC afetam a qualidade de energia das tensões e correntes da rede elétrica. O caso 1 avalia o sistema sem a compensação ativa, enquanto os casos 2, 3 e 4 investigam o comportamento do sistema eólico com as propostas 1, 2 e 3, nesta ordem. O caso 1 apresentou valores de TDD da corrente da rede acima do permitido pela normativa 519 IEEE em todos intervalos analisados. O caso 2 apresentou menores TDD de corrente entre todos os casos, estando de acordo com a norma do IEEE. O caso 4 apresentou THD da tensão da rede menores ou iguais ao dos casos 2 e 3. Em 12,5 segundos, a potência reativa injetada no PAC foi de 0 VAr, 2540 VAr, 392 kVAr e 388 VAr, para os casos 1, 2, 3 e 4, respectivamente. O desvio padrão das amplitudes das fases das correntes da rede elétrica foram 16,57 A, 11,84 A, 10,17 A e 9,36 A em t= 12,5 s, para os casos 1, 2, 3 e 4, nesta ordem. Assim, as propostas 1, 2 e 3 melhoram a qualidade de energia do sistema elétrico, bem como garantem a entrega de potência na rede.Este documento está disponível online com base na Portaria nº 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas.Sistema de geração eólica com filtragem de correntes harmônicasinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisTDDGSIPTHDSistema de geração eólicaMPPTTDDPMSGTHDWind generation systemMPPTCNPQ::ENGENHARIASinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)instacron:UFChttps://orcid.org/0009-0004-7260-8338http://lattes.cnpq.br/8498316815770760https://orcid.org/0000-0002-1126-6192http://lattes.cnpq.br/11399509381507292025ORIGINAL2023_dis_lpssilva.pdf2023_dis_lpssilva.pdfapplication/pdf12279967http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/81450/1/2023_dis_lpssilva.pdf27f64a29c126b599d3875e627a4f3951MD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/81450/2/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD52riufc/814502025-07-02 13:11:43.992oai:repositorio.ufc.br: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Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufc.br/ri-oai/requestbu@ufc.br || repositorio@ufc.bropendoar:2025-07-02T16:11:43Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)false
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