Tese
Modelagem e análise de desempenho dinâmico de complexos elétricos contendo centrais eólicas dotadas de geradores síncronos
Modeling and dynamic performance analysis of electric power systems containing wind installations equipped with synchronous generators
Registro en:
PINTO, Adeon Cecilio. Modeling and dynamic performance analysis of electric power
systems containing wind installations equipped with synchronous generators. 2007. 229 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2007.
Autor
Pinto, Adeon Cecilio
Institución
Resumen
New generation resources, with low implantation and operation costs and that provoke
the minimum possible impact to the environment, are undoubtedly focuses of attention to all
the segments of the society. From this common sense, the alternative or renewable sources of
energy, and particularly the wind, have certainly had a significant penetration in the
composition of the energetic matrix of several countries in the world. Similarly, in Brazil, the
wind energy is playing a more and more significant role as a consequence of directing
established by the government policy called Program for Incentive of Alternative Electrical
Energy Sources PROINFA. It can be pointed out that the expressive growth verified in the
whole word for the use of Wind Energy Conversion System (WECS) to produce electricity
was fundamentally due to the technological progress in power electronics together with the
shortage of fossil fuels. However, the development of more efficient control techniques, as for
instance the vector theory, has also contributed to a greater competitiveness of systems driven
by the wind, when compared to traditional hydro and thermal systems. Such development
allowed the design of new wind energy conversion systems, appropriate to control the active
and reactive power flows, Therefore, making flexible their connection to the electric power
grid. Within this context, this thesis was proposed which is turned to accomplish studies with
one of the WECS topologies presently available and with strong growth trend worldwide. It
aims to present the complete modeling of a wind energy conversion system, with variable
speed, horizontal axis, with pitch control of blades to restrict the aerodynamic power. The
adopted topology employs a multipole synchronous generator which is the predominant in
Brazil until now. The mathematical and computer modeling are initiated at the primary
source, the wind, going through the other electromechanical and electronic components, until,
finally, reaching the connection with the electric grid. Special attention is given to the control
system, based on the referred vector theory which propitiates the adjustment of the active
power flow by the aerodynamic power, and the reactive power as function of the voltage at
point of common coupling. Several simulations are accomplished to evaluate the potentialities
of the developed software package. In this sense, investigations of the dynamic behavior of an
electric power system including a wind park are presented for the normal operation condition
as well as after short-circuit type contingencies. Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Doutor em Ciências Novos recursos de geração, com baixos custos de implantação e operação e que
provoquem o mínimo impacto possível ao meio ambiente, indiscutivelmente são focos de
atenção de todos os segmentos da sociedade. Nessa direção, as fontes alternativas ou
renováveis de energia, em particular o vento, seguramente é a que tem tido uma significativa
penetração na composição da matriz energética de diversos países do mundo. Neste sentido, a
energia eólica vem assumindo um papel cada vez mais significativo no Brasil, em
conseqüência de ações diretivas estabelecidas do incentivo estabelecido pela política
governamental intitulada Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica
PROINFA . Salienta-se, que o expressivo crescimento verificado no mundo todo na
utilização de sistemas de conversão de energia eólica (WECS - Wind Energy Conversion
System) para a produção de eletricidade, foi devido, fundamentalmente, ao avanço
tecnológico ocorrido na eletrônica de potência, juntamente com a escassez de combustíveis
fósseis. Todavia, o desenvolvimento de técnicas de controle mais eficientes, a exemplo da
teoria vetorial, também tem contribuído para uma maior competitividade dos sistemas
acionados pelo vento, comparativamente aos tradicionais sistemas hídricos e térmicos. O
desenvolvimento mencionado permitiu o projeto de novos sistemas de conversão de energia
eólica, adequados ao controle dos fluxos de potências ativa e reativa, flexibilizando, dessa
forma, a conexão dos mesmos às redes elétricas. É nesse contexto que se enquadra a presente
tese, ou seja, esta se dedica à realização de estudos com uma das topologias de WECS
atualmente disponíveis e com tendência acentuada de crescimento no mundo todo. Trata a
mesma, de apresentar a modelagem completa de um sistema de conversão de energia eólica, a
velocidade variável, de eixo horizontal, com controle do ângulo de passo (pitch control) das
pás para a limitação da potência aerodinâmica. A topologia adotada emprega um gerador
síncrono multipólos, sendo esta predominante no Brasil até o presente. A modelagem e
implementação realizadas são iniciadas pela fonte primária, o vento, perpassando pelos
demais componentes eletromecânicos e eletrônicos, até atingir, finalmente, a conexão com a
rede elétrica. Especial atenção é dada ao sistema de controle, fundamentado na teoria vetorial,
que propicia o ajuste do fluxo da potência ativa pela potência aerodinâmica suprida, e da
potência reativa em função da tensão no ponto de acoplamento comum. Diversos estudos
computacionais são realizados para aferir as potencialidades da ferramenta computacional
desenvolvida. Neste sentido, são apresentadas investigações do comportamento dinâmico de
um sistema elétrico de potência com conexão de parque eólico, tanto em condições de
operação normal e como também quando submetido a contingências do tipo curto-circuito.