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Type: Dissertação
Title: Modelagem e controle de conversores de interface de sistemas eletromecânicos de conversão de energia eólica baseados em geradores síncronos de ímãs permanentes
Author: Rocha, Lorrana Faria da
First Advisor: Barbosa, Pedro Gomes
Co-Advisor: Valle, Rodolfo Lacerda
Referee Member: Ferreira, André Augusto
Referee Member: Fogli, Gabriel Azevedo
Resumo: Este trabalho apresenta a modelagem e o controle de um sistema de geração eólica de velocidade variável que opera conectado à rede elétrica. Dentro deste contexto são investigadas duas topologias de circuitos de interface formados pela associação de conversores eletrônicos de potência. Ambos arranjos usam um inversor fonte de tensão com um filtro LCL conectado nos terminais de conexão com a rede elétrica. Já no estágio de retificação, são testadas duas topologias diferentes: (i) um circuito baseado em um retificador trifásico não-controlado com conversor boost conectado nos terminais CC e, (ii) um circuito baseado em um retificador fonte de tensão de dois níveis, com modulação PWM e um filtro L conectado a seus terminais. Os modelos matemáticos dos conversores e do gerador síncrono de ímãs permanentes são desenvolvidas no sistema de coordenadas síncrono (dq0). O controle dos conversores é feito em espaço de estados sendo os ganhos das malhas de realimentação calculados usando a metodologia baseada no regulador linear quadrático. O algoritmo de rastreamento do ponto de máxima potência da turbina eólica determina o valor de velocidade angular mecânica de referência com base na relação de velocidade ótima na ponta das pás da turbina. Paralelamente é realizado um controle do ângulo de ataque das pás da turbina eólica. Um método de dimensionamento do capacitor do barramento de corrente contínua dos conversores é proposto para a topologia baseada na conexão de conversores back-to-back. Resultados de simulação obtidos no programa de transitórios eletromagnéticos PSCAD/EMTDC são usados para verificar a modelagem e os controladores projetados para duas as topologias de conversores investigadas.
Abstract: This work presents the modeling and control of a variable speed wind energy conversion system connected to the mains. Two topologies full capacity power electronic converters are investigated as interface circuit. The grid-side converter of both circuits is composed of a voltage source inverter with an LCL filter connected to its output terminals. On the generator-side, the performance of an uncontrolled three-phase rectifier, with a boost converter connected to the DC terminals, and a two-level voltage source rectifier, with PWM modulation and L filter, are investigated as rectifier. The mathematical models of the two converter arrangement topologies and the permanent magnet synchronous generator are developed in the synchronous (dq0) coordinates systems. The control of the converters is done in the state space and the gains of the feedback loops are calculated using a linear quadratic regulator method. The algorithm for tracking the maximum power point of the permanent magnet generator determines the reference mechanical angular speed value based on the optimal tip speed ratio of the blade. In addition, a control of the angle of attack of the wind turbine blade is carried out. A method to design the DC bus capacitor is proposed for the two-level back-to-back converter. Simulation results obtained in the electromagnetic transient program PSCAD/EMTDC are used to verify the modeling and the controllers designed for two of the investigated converter topologies
Keywords: Geração eólica
Gerador síncrono de ímãs permanentes
Realimentação de estados
Método LQR
Filtro LCL.
Dimensionamento do capacitor CC
Wind generation
Permanent magnet synchronous generator
State feedback
LQR method
LCL filter
DC capacitor bus design
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: Faculdade de Engenharia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
Access Type: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/11562
Issue Date: 6-Mar-2020
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