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Tipo: Dissertação
Título: Sistema de geração de energia eólica conectado à rede elétrica com utilização de sistema de armazenamento de energia e filtro ativo de potência
Autor(es): Santos, Ângelo Marcílio Marques dos
Orientador: Moreira, Adson Bezerra
Palavras-chave em português: Geração Eólica;GIGE;MPPT;SAE;Qualidade de energia
Palavras-chave em inglês: Wind Power Generation;SCIG;MPPT;ESS;Power quality
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
Data do documento: 2022
Citação: SANTOS, Ângelo Marcílio Marques dos. Sistema de geração de energia eólica conectado à rede elétrica com utilização de sistema de armazenamento de energia e filtro ativo de potência. 2022. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e da Computação), Universidade Federal do Ceará, Campus de Sobral, 2022.
Resumo: Este trabalho apresenta um sistema de geração de energia eólica acionado por Gerador de Indução de rotor em Gaiola de Esquilo (GIGE), conectado à rede elétrica e que possui uma configuração de sistema de armazenamento de energia (SAE) com baterias aplicado ao sistema eólico proposto. Além disso, através do conversor do lado da rede elétrica, é realizada a mitigação de harmônicos das correntes da rede elétrica com o Filtro Ativo de Potência (FAP), que utiliza a estratégia das potências instantâneas (p-q). O GIGE foi escolhido por apresentar vantagens como sua robustez, simplicidade, peso menor e baixo custo quando comparado com outras máquinas. É conectado diretamente ao conversor de potência bidirecional back-to-back, fornecendo potências ativa e reativa à rede elétrica. A geração de energia do GIGE é obtida por meio da técnica de MPPT a partir do lambda ótimo e velocidade ótima de rotação da turbina, que realiza com maior eficiência o aproveitamento da energia do vento disponível, sendo aplicada através do controle de velocidade do GIGE. Com o objetivo de tornar o sistema de geração eólica confiável mesmo diante das oscilações do vento e de diferentes potências produzidas, é realizada a implantação de um sistema de armazenamento de energia com baterias, sendo estes responsáveis pelo fluxo de potência gerada/demandada, armazenando energia quando a geração for maior que a demanda e injetando energia na rede elétrica quando a geração for menor que a demanda. O SAE é conectado ao conversor back-to-back por meio de um conversor elevador-abaixador de corrente contínua, conversor buck-boost. O controle do gerador é realizado a partir do controle de velocidade e da corrente de magnetização. Já o controle do Conversor do Lado da Rede (CLR) é realizado pelo controle das potências. Para o banco de baterias é utilizado o controle da tensão no barramento de corrente contínua e do fluxo na corrente da bateria, utilizando controladores do tipo PI. O FAP é aplicado através do CLR, e acarreta a DHT igual a 4,88%, dentro dos valores estabelecidos pelas normas internacionais, melhorando a qualidade de energia. O sistema é composto por turbina eólica, caixa de velocidade, GIGE, conversor eletrônico de potência back-to-back, conversor CC-CC, banco de baterias e cargas não lineares. O sistema estudado foi matematicamente modelado e simulado por meio de técnicas de simulação computacional usando modelos matemáticos do sistema estudado para a validação das estratégias de controle empregadas em diferentes condições de operação. Para as simulações foi utilizado o software Matlab / Simulink.
Abstract: This paper presents a grid-connected wind energy generation system driven by a Squirrel Cage Induction Generator (SCIG), which includes an energy storage system (ESS) configuration with batteries. Additionally, harmonic mitigation of grid currents is performed by the grid-side converter, acting as an Active Power Filter (APF) based on the instantaneous power (p-q) theory. The SCIG was chosen due to advantages such as robustness, simplicity, lower weight, and low cost compared to other machines. It is directly connected to a bidirectional back-to-back power converter, supplying active and reactive power to the grid. The SCIG’s power generation is achieved using a Maximum Power Point Tracking (MPPT) technique based on the optimal tip-speed ratio (lambda) and optimal turbine speed. This technique, implemented through the SCIG’s speed control, allows for more efficient harvesting of the available wind energy. To make the wind generation system reliable against wind fluctuations and variable power production, a battery-based energy storage system is implemented. This system is responsible for managing the power flow, storing energy when generation exceeds demand and injecting it into the grid when generation is lower than demand. The ESS is connected to the back-to-back converter through a DC-DC buck-boost converter. The generator is controlled based on its speed and magnetizing current, while the Grid-Side Converter (GSC) is controlled based on power flow. The battery bank is controlled by regulating the DC bus voltage and the battery current, using PI controllers. The APF functionality, implemented by the GSC, results in a THD of 4.88%, which is within the limits established by international standards, thereby improving power quality. The system is composed of a wind turbine, gearbox, SCIG, back-to-back power electronic converter, DC-DC converter, battery bank, and non-linear loads. The studied system was mathematically modeled and simulated using computational simulation techniques to validate the employed control strategies under different operating conditions. The Matlab/Simulink software was used for the simulations.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/83004
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/9527105241605962
ORCID do Orientador: https://orcid.org/0000-0002-1126-6192
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/1139950938150729
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Aparece nas coleções:PPGEEC - SOBRAL - Dissertações defendidas na UFC

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