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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/50503| Tipo: | Dissertação |
| Título : | Desempenho de controladores aplicados a grupo motogerador operando com biogás de águas residuárias |
| Autor : | Diniz, Pedro Henrique Santiago |
| Tutor: | Silveira, Jarbas Aryel Nunes da |
| Palabras clave : | Teleinformática;Biogás;Energia elétrica - Produção;Lógica difusa;Particle swarm optimization;Generator set modelling |
| Fecha de publicación : | 2020 |
| Citación : | DINIZ, P. H. S. Desempenho de controladores aplicados a grupo motogerador operando com biogás de águas residuárias. 2020. 103 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Teleinformática) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2020. |
| Resumen en portugués brasileño: | O desenvolvimento de unidades produtoras de energia a partir de fontes de Energia Renovável (ER) é um desafio global real e moderno; portanto, o biogás aplicado em Motores de Combustão Interna (MCI) apresenta-se como uma excelente alternativa para essa tarefa desafiadora. O biogás pode ser obtido a partir de diferentes fontes e a sua composição varia de acordo com o tipo de biomassa utilizada, mas a maioria desse combustível é composta de metano (CH4) e dióxido de carbono (CO2). Essa variação na composição implica em mudança no Poder Calorífico Inferior (PCI), o qual influencia no aproveitamento do biogás em sistemas de geração de energia. No entanto, apesar desse combustível ser uma boa alternativa, ainda há dificuldades de se encontrar no mercado controlador capaz de manter a qualidade da energia gerada segundo os requisitos da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). Nesse contexto, essa dissertação apresenta quatro esquemas de controle para garantir a qualidade da energia de um grupo gerador operando com biogás proveniente do tratamento de águas residuárias. Para isso, foi desenvolvido um modelo matemático para representar os fenômenos mecânicos e elétricos envolvidos no processo de geração. Tal modelo foi linearizado por expansão de série de Taylor a fim de otimizar os parâmetros dos controladores Proporcionais, Integrais e Derivativos (PIDs) utilizados nos quatro esquemas de controle estudados. As técnicas de sintonia dos ganhos do PID foram duas: a primeira utilizando a ferramenta tune do ambiente Simulink do MATLAB; a segunda aplicando o método de Otimização por Enxame de Partículas (PSO). O desempenho de cada sistema de controle foi avaliado sob três cenários de simulação: variação de carga; variação da composição de biogás; variação de carga e da composição de biogás simultaneamente. A partir dos testes realizados no ambiente Simulink do MATLAB, constata-se que o melhor esquema de controle estudado é o que foi intitulado DOIS-PIDS, o qual é constituído de dois controladores PIDs otimizados pelo PSO operando em paralelo sendo comutados por controlador baseado em Lógica Fuzzy (LF). O DOIS-PIDS permite à unidade geradora permanecer conectado à rede sem pontos de desconexão em todos os três cenários de simulação, pois a frequência e a tensão permanecem dentro dos limites impostos pela ANEEL. |
| Abstract: | The improvement of Renewable Energy Resources (RERs) based power plants is a real and modern global challenge, therefore, biogas applied in reciprocating Internal Combustion Engines (ICE) is a good alternative to this challenging task. Biogas can be obtained from various sources and its composition varies according to the biomass type used in its production, but the majority of this fuel is composed of methane (CH4) and carbon dioxide(CO2). This composition variation implies a change in the Lower Heating Value (LHV), it affects the use of biogas in energy generation systems. However, although this fuel is a good alternative, it is difficult to find in the market a reliable control to hold the power quality following National Energy Agency Electrical (ANEEL) requirements. In such a context, this dissertation presents a four control schemes to assure the power quality by a generator set operating with biogas from wastewater treatment. For this, a mathematical model was developed to represent the mechanical and electrical phenomena involved in the generation process. This model is linearized by expanding the Taylor series in order to optimize the parameters of the Proportional, Integral and Derivative (PIDs) controllers used in all control schemes studied. Two methods for PID tuning are used: the tune from Simulink environment in MATLAB; the Particle Swarm Optimization (PSO). The performance of each control system is evaluated under three simulation scenarios: load variation; biogas composition variation; load and biogas composition variation simultaneously. The tests in Simulink/MATLAB show that the best control scheme is the titled TWO-PIDS, it is composed by two PID controllers optimized by PSO and they operate in parallel and they are switched by a Fuzzy Logic controller. TWO-PIDS enables the power plant remain connected to the grid in all three simulation scenarios, because power frequency and voltage remained within limits imposed by ANEEL. |
| URI : | http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/50503 |
| Aparece en las colecciones: | DETE - Dissertações defendidas na UFC |
Ficheros en este ítem:
| Fichero | Descripción | Tamaño | Formato | |
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