Modelagem e análise dinâmica de um sistema de conversão de energia eólica dotado de gerador síncrono de imã permanente utilizando a plataforma ATP

• Ano de defesa: 2014
• Autor(a) principal: Caixeta, Daniel Araújo
• Orientador(a): Guimarães, Geraldo Caixeta
• Banca de defesa: Vieira Junior, Jose Carlos de Melo , Chaves, Marcelo Lynce Ribeiro , Pinto, Adeon Cecilio , Camacho, Jose Roberto
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Ubelândia
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: ATP; Comportamento dinâmico; Controle vetorial; Estudos computacionais; PMSG; WECS; Computer studies; Dynamic behavior; Vector control; Energia - fontes alternativas; Engenharia Elétrica; Energia - conversão
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
• Link de acesso: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/17570; https://doi.org/10.14393/ufu.te.2014.123

O desenvolvimento humano requer um amplo equilíbrio entre fatores ecológicos, sociais e econômicos de modo a garantir sua própria sustentabilidade. Neste sentido, a busca por novos recursos de geração de energia, com baixos custos de implantação e operação e que provoquem o menor impacto possível ao meio ambiente têm sido foco de atenção de todos os segmentos da sociedade. Para tal, a diminuição da exploração dos combustíveis fósseis e o incentivo ao uso de recursos renováveis de energia para geração distribuída têm se mostrado alternativas interessantes à expansão da matriz energética de diversos países do mundo. Neste sentido, a energia eólica vem assumindo um papel cada vez mais significativo, apresentando índices crescentes de penetração na rede elétrica e inovações tecnológicas de destaque, como a utilização de geradores síncronos de imã permanente (PMSG). No Brasil, este fato também tem sido constatado e, como consequência, o impacto da inserção desta fonte na rede de distribuição e sub-transmissão de energia tem sido motivo de grande preocupação por parte de concessionárias e agentes do setor elétrico brasileiro. Dessa maneira, o desenvolvimento de ferramentas computacionais adequadas que permitam a realização de estudos preditivos detalhados a respeito do comportamento dinâmico de centrais eólicas, seja operando com carga isolada, seja conectadas à rede, representa um tema de extrema relevância, levando-se em conta ainda a implementação de estratégias de controle da geração de potências ativa/reativa e manutenção de níveis adequados de tensão e frequência. É neste contexto que o presente trabalho se encaixa, ou seja, contempla os desenvolvimentos matemático e computacional de um completo sistema de conversão de energia eólica dotado de PMSG utilizando técnicas no domínio do tempo do Alternative Transients Program (ATP), software este de reconhecida notoriedade em âmbito científico e acadêmico, bem como por profissionais do setor elétrico, tanto no Brasil quanto em outros países. A modelagem realizada permite a elaboração de blocos representativos de cada um dos elementos de um sistema de conversão eólica real, compreendendo a fonte primária, representada neste caso pelo vento, a turbina eólica, o PMSG, o conversor de frequência, o transformador elevador, a composição de cargas e o equivalente da rede elétrica. Especial atenção também é dada à implementação das técnicas de controle do aerogerador, com destaque para o controle pitch, visando manter o gerador operando sob o limite máximo de potência, e a teoria vetorial, cujo objetivo é ajuste do fluxo de potência ativa/reativa entre o aerogerador e a rede de potência. Diversas simulações são realizadas para investigar o comportamento dinâmico do parque eólico quando submetido a distintas condições de operação e/ou sob ocorrência de variações na intensidade do vento. Os resultados obtidos atestam a eficácia de ambas modelagens matemática e computacional desenvolvidas para o aerogerador e os controles associados.