dc.creator.ID |
MEDEIROS, A. L. R. |
pt_BR |
dc.creator.Lattes |
http://lattes.cnpq.br/0734467951998327 |
pt_BR |
dc.contributor.advisor1 |
LIMA, Antonio Marcus Nogueira. |
|
dc.contributor.advisor1ID |
LIMA, A. M. N. |
pt_BR |
dc.contributor.advisor1Lattes |
http://lattes.cnpq.br/2237395961717699 |
pt_BR |
dc.contributor.advisor2 |
JACOBINA, Cursino Brandão. |
|
dc.contributor.advisor2ID |
JACOBINA, C. B. |
pt_BR |
dc.contributor.advisor2Lattes |
http://lattes.cnpq.br/0261885352003041 |
pt_BR |
dc.contributor.referee1 |
SILVA, Selênio Rocha. |
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dc.contributor.referee2 |
AMARANTE, Odilon Antonio C. do. |
|
dc.contributor.referee3 |
FEITOSA, Everaldo Alencar. |
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dc.description.resumo |
Este trabalho enfoca a otimização dinâmica e estática de SCEE de eixo horizontal e
velocidade variável, interligados à rede de distribuição de energia elétrica através de um
subsistema de conversão. O objetivo da otimização dinâmica depende sobretudo se a potência gerada pelo SCEE está acima ou abaixo da potência nominal, Pt. No caso de geração sub-nominal, quando a velocidade do vento V<VT, o principal objetivo é maximizar a captura de energia do vento através do controle do conjugado eletro-magnético no sentido de impor um valor constante para a razão de velocidades na ponta da pá X, resultando em um coeficiente de potência máximo. O procedimento se baseia em técnicas em Campo Orientado Indireto (COI). No caso da geração nominal, quando V> VT, existe um excedente de energia no vento que não deve ser aproveitado. O principal objetivo da otimização, neste caso, é minimizar os desvios de potência gerada em relação à potência nominal do SCEE. Isto é realizado, nas turbinas convencionais de velocidade variável, através da variação do passo da pá. Neste trabalho, o controle de potência também é realizado pelo ângulo de guinada. Neste caso, o passo e o ângulo de guinada atuam simultaneamente para regular a potência. Na otimização estática, maximiza-se o desempenho do SCEE considerando diversas configurações. No problema convencional, analisado por Lysen (1984), são considerados como
variáveis: o tipo do rotor eólico, o regime de ventos e o tipo da carga. As características elétricas do gerador são consideradas constantes. Neste trabalho de tese, é dado um enfoque sobre as perdas ôhmicas no gerador, de modo que o problema de maximização estática do SCEE torna-se mais geral. Além disso, as correntes de campo e de torque são calculadas, através de técnicas em Campo Orientado Direto (COD), de modo a minimizar as perdas no gerador. O aprofundamento do tema da tese situa-se no problema da regulagem de potência em geração nominal através de um controlador que atua no passo e no ângulo de guinada, simultaneamente. Na modelagem global do SCEE, o conjugado no eixo do rotor C m é linearizado em função a velocidade angular co, do passo 9 e do ângulo de guinada ô. Neste modelo, co atua como a variável a ser controlada e 9 e ô são as entradas do sistema. A velocidade e a direção do vento são consideradas perturbações de natureza aleatória. O modelo resultante, em malha
fechada e no domínio da frequência, é aproximado por uma representação de segunda ordem, a partir da qual se determina o ganho ótimo do controlador, baseando-se na condição de amortecimento ótimo. Como forma de verificação, este ganho ótimo é, também, calculado a partir da solução da equação de Riccati, para o regime permanente. Finalmente, computa-se uma função de custo que reflete os desvios quadráticos de velocidade rotórica e o esforço de controle. Os resultados obtidos nestas três formas distintas são aproximadas entre si. No final, o desempenho do controlador proposto é comparado, através de simulação computacional, ao de um SCEE convencional, com representação em espaço de estados. Nesta análise são levados em consideração os esforços adicionais devido ao efeito giroscópico e ao ângulo de guinada. Uma análise adicional é feita em relação às variações dos esforços na raiz da pá causadas por ô. Elas são determinadas em função do ângulo de azimute, cp, e das variáveis X, 0 e ô. |
pt_BR |
dc.publisher.country |
Brasil |
pt_BR |
dc.publisher.department |
Centro de Engenharia Elétrica e Informática - CEEI |
pt_BR |
dc.publisher.program |
PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA |
pt_BR |
dc.publisher.initials |
UFCG |
pt_BR |
dc.subject.cnpq |
Engenharia Elétrica |
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dc.title |
Otimização de sistemas de conversão de energia eólica de grande porte. |
pt_BR |
dc.date.issued |
1995-12-01 |
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dc.description.abstract |
This work addresses the static and dynamic optimization of variable speed, variable pitch
horizontal axis wind turbines, connected to the grid by an AC-DC-AC converter.
The strategy used in the dynamic optimization depends on whether the output power, Pg,
is greater than or smaller than the rated power, Px Whenever the turbine is working below rated
power (V < Pr), the main goal is to maximize the wind energy capture. This can be achieved by
imposing an optimal tip speed ratio \ Q , corresponding to the maximum power coefficient, through
the regulation of the generator torque, by using Indirect Oriented Field techniques. On the other
hand, when the power output is greater than the rated power (V> Vt), the main goal is to maintain
Pg as close as possible to Pt, since there is an exceeding wind power to be neglected. In this case
the power regulation of wind turbines can be made by the blade pitch control. In the present
work, the power is controled, for V> Vr, by changing both blade pitch and yaw angle. The
performance of this new controller is analyzed and compared with the performance of a
conventional controller taking into account the forces due to yaw and gyroscopic effects.
In the static optimization, the objective is to maximize the electric energy output of several
configurations of wind turbines. Lysen (1984) analyses this problem considering rotor type, wind
distribution and type of the load as variables. In the Lysen's model, the characteristics of the
electric generator are constant. In the present model, the generator electric losses are considered
as variables of the problem, what makes the model more general. Furthermore, the field and
torque components for the optimal stator current are determined by Direct Oriented Field
techniques based on the minimization of the generator losses.
The main contribution of this work is related to the performance optimization of wind
turbines operating above rated power. The new controller is designed to make the system operate
close to the rated power by actuating on the blade pitch and on the yaw devices, simultaneously.
Regarding the design of the controller, it is necessary to linearize the rotor torque function with
respect to the rotor velocity, co, the pitch, 0, and the yaw angle, 8, around the steady state. Here,
co is a state variable and G and 8 are the inputs. The direction and velocity of the wind are
considered random variables. Then, the closed loop representation of the wind turbine can be
approximated, in the frequency domain, by a second order function. The optimal performance can
be achieved by imposing the best value of the damping coefficient. The optimal controller gain is
also obtained by other two methods, i. e., one which uses the Riccati equation and the other
which computes the minimum value of a cost function that takes into account the deviations from
the reference signal and control efforts. It is proved that those three different ways of computing
the optimal controller gain lead to close results. The simulation of the wind turbine is then made
by a state space representation.
An additional analysis is made by taking into account the cyclic forces and moments at the
blade root caused by the yaw angle. They are computed by considering the azimuth angle, cp, the
tip speed ratio, X, the pitch, 9, and the yaw angle, 8, as variables. |
pt_BR |
dc.identifier.uri |
http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/9817 |
|
dc.date.accessioned |
2019-12-03T18:00:17Z |
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dc.date.available |
2019-12-03 |
|
dc.date.available |
2019-12-03T18:00:17Z |
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dc.type |
Tese |
pt_BR |
dc.subject |
Rede de Distribuição de Energia Elétrica |
|
dc.subject |
Energia Eólica |
|
dc.subject |
Sistemas de Conversão |
|
dc.subject |
Otimização Dinâmica |
|
dc.subject |
SCEE |
|
dc.subject |
Ângulo de Guinada |
|
dc.subject |
Otimização Estática |
|
dc.subject |
Controlador |
|
dc.subject |
Simulação Computacional |
|
dc.subject |
Electricity Distribution Network |
|
dc.subject |
Wind Energy |
|
dc.subject |
Conversion Systems |
|
dc.subject |
Dynamic Optimization |
|
dc.subject |
Yaw Angle |
|
dc.subject |
Static Optimization |
|
dc.subject |
Controller |
|
dc.subject |
Computer Simulation |
|
dc.rights |
Acesso Aberto |
pt_BR |
dc.creator |
MEDEIROS, Armando Lucio Ramos de. |
|
dc.publisher |
Universidade Federal de Campina Grande |
pt_BR |
dc.language |
por |
pt_BR |
dc.title.alternative |
Optimization of large wind power conversion systems. |
pt_BR |
dc.identifier.citation |
MEDEIROS, Armando Lucio Ramos de. Otimização de sistemas de conversão de energia eólica de grande porte. 1995. 222f. (Tese de Doutorado em Engenharia Elétrica), Curso de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Centro de Engenharia Elétrica e Informática, Universidade Federal da Paraíba – Campus II - Campina Grande - PB - Brasil, 1995. |
pt_BR |