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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.18.2020.tde-26102021-151130
Document
Author
Full name
Maiara Camila Oliveira
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2020
Supervisor
Committee
Ramos, Rodrigo Andrade (President)
Monaro, Renato Machado
Oliveira, Janaína Gonçalves de
Title in Portuguese
Projeto e simulação de um controlador para análise da viabilidade de emulação de uma turbina eólica através de um motor de corrente contínua
Keywords in Portuguese
Controlador
Emulação
Geração Eólica
Gerador de indução duplamente alimentado
Microrrede
Motor de corrente contínua
Turbulências
Abstract in Portuguese
Nos últimos anos a geração de energia eólica se tornou bastante presente nos sistemas modernos de energia, bem como o uso das microrredes. Apesar de suas vantagens, do ponto de vista teórico, ainda existem desafios para viabilizar e difundir este tipo de operação conjunta. A demanda por soluções tem motivado a instalação de microrredes com a finalidade de operarem como laboratórios para superar estes desafios. Devido às restrições de instalação das turbinas eólicas reais para fins laboratoriais, o desenvolvimento de um sistema capaz de emular o comportamento dos parques eólicos conectados as microrredes e que possibilite estudos nesses ambientes se fez essencial. Nesse trabalho, avalia-se, por meio de simulações computacionais, a viabilidade da emulação de sistemas eólicos conectados em microrredes utilizando o motor de corrente contínua acoplado a um gerador. No contexto apresentado, a principal contribuição desta pesquisa está na avaliação de séries temporais com perfis turbulentos de velocidade do vento. Para isto, observa-se a distribuição de um erro quadrático entre as velocidade de rotação dos eixos da turbina eólica e do motor, por meio da metodologia de Monte Carlo. Os resultados demonstram que o sistema de controle aplicado ao motor permite caracterizar satisfatoriamente a dinâmica das turbinas eólicas, tanto para as séries com baixo quanto alto índice de turbulência. Isto ocorre devido à elevada inércia mecânica do sistema, que é grande o bastante para amenizar as pequenas variações do vento, tornando a dinâmica vista pelo sistema de controle lenta o suficiente a ponto de possibilitar seu rastreamento.
Title in English
Design and simulation of a controller for analysis of emulation feasibility of a wind turbine through a direct current motor
Keywords in English
Controller
Direct current motor
Doubly fed induction generator
Emulation
Microgrid
Turbulence
Wind generation
Abstract in English
Over the last few years wind power generation has become quite present in modern power systems, as well as the use of micro grids. Despite its advantages, from a theoretical point of view, there are still challenges to make this type of joint operation feasible and disseminate. Demand for solutions has motivated the micro grids installation with the purpose of operating as laboratories to overcome these challenges. Due to installation restrictions of real wind turbines for laboratory purposes, the development of an emulator system capable of representing the wind farms dynamic connected to microgrids and enabling studies in these systems was essential. In this work, the emulation feasibility of wind power systems connected to microgrids using the direct current motor coupled to a generator is evaluated through computational simulations. In this context, the main contribution of this research is the evaluation of temporal turbulent wind series. For this, it is observed the distribution of the quadratic error between the wind turbine axis rotation speed and the motor axis rotation speed, implementing the Monte Carlo methodology. Moreover, the results indicate that the control system applied on the motor allows characterizing satisfactorily the dynamics of wind turbines for both low and high turbulence series. This occurs because the mechanical inertia of the wind system, which is large enough to mitigate small variations in wind speed, making the dynamics seen by the control system slow enough to allow its tracked.
 
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Publishing Date
2021-10-27
 
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