Contribuições ao gerenciamento de potências em plataformas marítimas de petróleo através do controle coordenado de conversores eletrônicos

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Paes. Felipe Leite [UNESP]
• Orientador(a): Marafão, Fernando Pinhabel [UNESP]
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Controle Coordenado de Potência; FPSO; Teoria de Potência Conservativa; Conversores eletrônicos
• Palavras-chave em Inglês: Coordinated control; Conservative Power theory; Electronics converters
• Link de acesso: https://hdl.handle.net/11449/258251

Com o avanço de tecnologias e a integração de fontes de energias renováveis, o setor de óleo e gás tem demonstrado compromisso na redução de emissões de gases de efeito estufa (GEE) e na transição energética, focando na eletrificação e modernização dos sistemas elétricos de potência (SEP) em plataformas FPSO (Floating Production Storage and Offloading). Normalmente, essas plataformas operam de forma isolada e alimentadas por geradores a gás (GTGs), sendo grandes emissores de GEE, e devido à limitação de potência, eventos como a conexão/desconexão de cargas elevadas podem comprometer a estabilidade dos SEPs, especialmente com a partida direta de grandes motores. Conversores de frequência variável (ASDs), com entrada passiva, são frequentemente empregados para acionar motores elétricos, introduzindo componentes harmônicas que afetam a qualidade da energia, resultando em variações de tensão e frequência, baixo fator de potência e componentes harmônicas nas tensões. O SEP geralmente é supervisionado por um sistema de gerenciamento de potência (Power Management System - PMS), que coordena ações através de uma infraestrutura de comunicação com os equipamentos e dispositivos conectados ao SEP. No contexto de modernização e aplicação de novas tecnologias, esta tese de doutorado propõe um controle coordenado utilizando conversores eletrônicos com entrada ativa (AFE-ASDs), para o gerenciamento avançado do fluxo de potência em plataformas marítimas de petróleo, como uma funcionalidade adicional ao PMS. A metodologia proposta é fundamentada no compartilhamento das parcelas de corrente dadas pela Teoria de Potência Conservativa (Conservative Power Theory – CPT), usando a Transformada Discreta de Fourier (TDF) com detector de picos para o empacotamento dos sinais e envio desses dados através da infraestrutura de comunicação do PMS, e visa mitigar os efeitos da potência reativa, as distorções harmônicas e desbalanços, fazendo uso da disponibilidade de potência remanescente dos AFE-ASDs distribuídos. A estratégia de controle é avaliada no ambiente de simulação MATLAB/SIMULINK, considerando, na modelagem dos equipamentos. dados de fabricantes e relatórios de cenários operacionais reais de uma plataforma FPSO típica. Os resultados obtidos demonstram que a implementação da estratégia de controle coordenado contribui para o SEP em diversos aspectos: melhoria do fator de potência, redução da variação de tensão em eventos de partida direta de máquinas, redução do risco de colapso de tensão sob condições de carregamento próximo do nominal dos GTGs, mitigação de efeitos de distorção harmônica de corrente e potência reativa de desbalanço.