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GERADORES DE INDUÇÃO DUPLAMENTE ALIMENTADOS
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e-xacta, Belo Horizonte, v. 4, n. 3, p. 81-91. (2011). Editora UniBH. Disponvel em: www.unibh.br/revistas/exacta/
ISSN: 1984-3151
SIMULAO DO GERADOR ELICO DUPLAMENTE ALIMENTADO QUANDO SUBMETIDO VARIAO DA
VELOCIDADE DO VENTO
SIMULATION OF DOUBLY FED INDUCTION GENERATOR WHEN SUBMITTED TO CHANGE IN WIND SPEED
Emanuel Philipe Pereira Soares Ramos1; Arlete Vieira da Silva2
Recebido em: 30/10/2011 - Aprovado em: 13/11/2011 - Disponibilizado em: 30/12/2011
RESUMO: A demanda de energia eltrica no mundo crescente. A eletricidade fundamentalmente importante para o desenvolvimento social e econmico de naes, tornando investimentos em energia altamente necessrios. Com o aumento das turbinas elicas ligadas rede de energia e com o aumento de produtores independentes de energia renovvel, estudos relacionados melhor estratgia de controle se tornam indispensveis. Este trabalho apresenta o comportamento do gerador de induo duplamente alimentado (GIDA) exposto variao da velocidade do vento incidente em sua hlice. O trabalho apresentado atravs de simulaes utilizando MatLab/Simulink. O controle exemplificado no trabalho atua na angulao das ps do gerador. PALAVRAS-CHAVE: Gerador de induo duplamente alimentado (GIDA). Gerador Elico.Energia Limpa. ABSTRACT: The demand of electrical energy has been growing worldwide. The electricity is very important to the social and economic development of nations, which needs investments on energy sources. With the increase of wind turbines connected to the power grid and the rise of independent producers of renewable energy, studies related to best control strategy are necessary. This paper presents the behavior of the doubly fed induction generator (GIDA), explaining the variation of wind speed incident on the propeller. This work is presented through simulations using Matlab/Simulink. The exemplified control acts as on the angle of the blades of the generator. KEYWORDS: doubly fed induction generator (GIDA), wind generator.
1 INTRODUO
Com problemas cada vez mais ntidos nos mbitos
ambientais, questes relacionadas ao
desenvolvimento sustentvel visando a preservao
ambiental esto em ascenso.
Os pesquisadores atualmente discutem formas de
aproveitar a energia elica e a solar, mas no Brasil os
investimentos ainda so incipientes, porm h
incentivos do governo que prev futuras instalaes
renovveis, entre elas, a energia elica se mostra
atraente para empresrios do setor energtico.
Nesse trabalho foram abordadas tecnologias de
gerao elica enfatizando o modelo GIDA, atravs da
observao do comportamento do gerador elico
perante as variaes do vento incidido em suas
hlices.
Foram apresentados mtodos de controle para a
melhor utilizao do gerador elico diante das falhas
simuladas, onde se pode notar que em cada caso
1 Engenheiro Eletricista. Centro universitrio de Belo Horizonte, 2011. Professor CETEL - SENAI. Belo Horizonte, MG. [email protected].
2 Mestre em Geografia e Analise Ambiental IGC/UFMG, 2002. Professora do Centro Universitrio de Belo Horizonte - UniBH. Belo Horizonte, MG. [email protected].
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simulado um mtodo de controle indicado para
melhor desempenho e proteo do sistema.
Os resultados das simulaes desenvolvidas foram
apresentados no decorrer do trabalho e as
concluses, detalhadas ao final de todo o estudo.
2 REGIME DE VENTO BRASILEIRO
De acordo com a SOARES (2010), o Brasil
favorecido quando se analisa a quantidade de ventos
gerados no pas. O cenrio brasileiro caracterizado
por uma presena duas vezes superior mdia
mundial e pela volatilidade de apenas 5% (oscilao
da velocidade), o que permite prever o volume de
vento a ser produzido.
A mesma autora afirma ainda que outra varivel que
contribui para a operao das usinas elicas que a
velocidade do vento costuma ser maior em perodos
de estiagem, possibilitando a operao de forma a
complementar a gerao por usinas hidreltricas. Sua
operao permitiria, portanto a estocagem da
energia eltrica. A FIG. 1 mostra o potencial elico
brasileiro por regies geogrficas (SOARES, 2010).
O balano do Plano Decenal de Expanso de Energia,
divulgado pela Empresa de Pesquisa Energtica
EPE -, prev que o pas manter at 2019 o mesmo
percentual de 48% de participao de energia
renovvel na sua matriz energtica (EPE, 2007).
Figura 1 - Potencial elico brasileiro. Fonte - EPE, 2007 apud Atlas de Energia Eltrica do
Brasil, p.81.
O crescente incentivo na produo da energia elica
est mudando paradigmas quanto ao custo elevado
de sua produo. Ainda mais cara que a gerao
predominantemente hidreltrica, o preo da gerao
elica, considerando impostos embutidos, pode-se
chegar a R$ 230,00 por MWh, enquanto que o custo
da energia hidreltrica gira em torno de R$100,00 por
MWh. (ANEEL, 2009). O grfico 1 um comparativo
de preos de energia.
Grfico 1
Comparao de preo da energia segundo PSR para o ano de 2008
Fonte - MENDONA, 2009, p. 4.
De acordo com os dados do Atlas de Energia Eltrica
do Brasil publicado pela ANEEL, estima-se que o
potencial elico no Brasil de 143.000 MW, sendo
que 7.694,05 MW j est autorizado para ser
instalado. A regio nordeste a que possui maior
potencial elico. (ANEEL, 2009).
3 TECNOLOGIAS DE USINAS ELICAS
A tecnologia de usinas elicas pode se dividir em
usinas que trabalham com velocidade varivel e com
velocidade constante.
Os geradores elicos podem ser divididos em
geradores ligados diretamente rede eltrica de
energia e geradores que utilizam a eletrnica de
potncia.
3.1 USINAS DE VELOCIDADE CONSTANTE
Segundo PINHEIRO (2004), a principal caracterstica
de uma usina com velocidade constante que,
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independente da variao do vento local, a velocidade
do gerador permanece constante. Dentre as
tecnologias existentes no mercado, a grande maioria
em operao que utiliza geradores com velocidade
constante conectada diretamente rede eltrica.
3.2 USINAS DE VELOCIDADE VARIVEIS
Conforme afirma PINHEIRO (2004) as usinas com
velocidade varivel, em um futuro prximo, dominaro
o mercado.
De acordo com estudos desenvolvidos por (NUNES,
2003), os principais impulsionadores de tal tendncia
so as caractersticas de capacidade de reduo de
estresse mecnico; reduo de rudo; melhor
aproveitamento de energia gerada; e extrao de
potncia em uma faixa maior de aproveitamento do
vento.
Essa configurao de usina em velocidade varivel
desacopla a velocidade de operao do gerador da
frequncia de operao do sistema eltrico ao qual a
usina est conectada. O gerador pode ser controlado
para adaptar a velocidade rotacional na situao de
melhor aproveitamento s vrias velocidades de vento
instantneas (ALDAB, 2007).
4 GERADOR DE INDUO DUPLAMENTE
ALIMENTADO (GIDA)
Segundo MENDES et al. (2008), uma configurao
bsica dessa tecnologia consiste em um gerador de
induo rotor bobinado com alimentao atravs de
anis deslizantes, onde o estator est conectado
direto rede eltrica por meio de um transformador. E
o rotor alimentado por um conversor CA/CC/CA
construdo por duas pontes conversoras trifsicas
PWM e conectadas entre si atravs de um circuito
intermedirio em corrente contnua (barramento c.c.).
A FIG. 2 ilustra o diagrama dessa tecnologia.
Figura 2 Esquema de um GIDA aplicado numa turbina elica ligada rede.
Fonte - FERREIRA, 2009, p.16.
4.1 SENTIDOS DA POTNCIA
Segundo FERREIRA (2009), o conversor de
frequncia mencionado constitudo por dois
conversores back-to-back controlados por tenso e
unidos por meio de uma ligao c.c.
O autor ressalta que nestes conversores, os
dispositivos comutveis usados so IGBTs, sendo
possvel o trnsito de energia em ambos os sentidos,
pois tanto o circuito estator, quanto o circuito do rotor,
podem fornecer energia para o sistema.
O mesmo autor ainda afirma que quando o gerador
est abaixo da velocidade nominal, denominada
funcionamento sub-sncrono, o rotor absorve energia
da rede e o estator entrega energia para a rede, onde
a potncia Pr retirada do barramento e tende a
diminuir a tenso c.c.
Porm, quando o gerador est acima da velocidade
nominal, no denominado funcionamento hiper-
sncrono, o rotor e o estator entregam energia rede,
onde a potncia Pr transmitida para o capacitor do
barramento c.c. e sua tenso tende a aumentar.
Enquanto que o conversor da rede usado para gerar
ou absorver potncia, a fim de manter a tenso c.c.
constante (FERREIRA, 2009). Este fluxo das
potncias pode ser observado na FIG. 3.
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Figura 3 Fluxo das potncias Fonte - FERREIRA, 2009, p. 17.
Uma notvel vantagem dessa tecnologia o menor
custo dos equipamentos de eletrnica de potncia. Em
seus estudos FERREIRA (2009) afirma que a
tecnologia GIDA permite que os conversores utilizados
tenham uma potncia correspondente a 30% da
potncia nominal da mquina.
4.2 MODELO MATEMTICO DA MQUINA DE
INDUO DO TIPO ROTOR BOBINADO EM REGIME
ESTCIONARIO
Para se ter maior domnio do sistema de gerao
usando a tecnologia GIDA, deve-se conhecer o
modelo matemtico da mquina de induo
duplamente alimentada em regime estacionrio.
Segundo SILVA (2005), esse modelo apresenta boa
relao custo benefcio, pois fornece informaes para
o projeto da estratgia de controle, alm de permitir a
especificao de alguns componentes do circuito de
potncia do GIDA.
NOVOTNY e LIPO (1996) ilustram este modelo
atravs das equaes que explicam o comportamento
dos circuitos de estator e rotor da mquina de induo
com rotor bobinado (Eq. 1 e 2).
Os autores ressaltam que o estator est interligado
diretamente rede de energia, que possui frequncia
e fixa. As equaes so baseadas em vetores
espaciais descritos em um sistema de coordenadas dq
que gira velocidade sncrona e.
(1)
(2)
onde: e = velocidade sncrona, r = velocidade no
rotor, rr = resistncia do enrolamento de rotor, rs =
resistncia do enrolamento de estator, M = indutncia
mtua, Ls = indutncia de estator, Lr = indutncia de
rotor, is = corrente de estator, ir = corrente de rotor, vs
= tenso nos terminais de estator, vr = tenso nos
terminais de rotor, J = momento de inrcia do
conjunto constitudo por rotor, redutora e turbina
elica.
Segundo NOVOTNY e LIPO (1996), as grandezas de
rotor e estator so representadas em um nico
circuito, para isso necessrio descrever essas
grandezas em um referencial comum, ou seja, as
tenses correntes e impedncias devem ser descritas
com relao a um dos lados da mquina constitudas
por rotor e estator.
A Eq 3 descreve a tenso do rotor referida ao estator,
para tanto multiplica-se a Eq 2 pela razo de
transformao de estator para rotor, denominada a
(NOVOTNY e LIPO, 1996).
(3)
NOVOTNY e LIPO (1996) afirmam que necessrio
referir tambm s correntes e indutncias de rotor ao
estator de forma que a corrente fique dividida por a e
as impedncias multiplicadas por a resultando,
ento, a Eq. 4.
(4)
Ainda de acordo com os autores, para que as
reatncias do circuito de rotor sejam referidas ao lado
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do estator, as indutncias devem ser multiplicadas
pela frequncia de estator e. Aps efetuar essa
manipulao obtida a Eq. 5, onde o parmetro s
pode ser descrito pela equao s = (e - r)/ e.
(5)
NOVOTNY e LIPO (1996) afirmam que com a tenso,
corrente e indutncias de rotor referidas ao estator,
pode-se combinar a Eq. 5 com a Eq. 1 para
apresentar o circuito equivalente da mquina de
induo em regime estacionrio (FIG. 4).
Os mesmos autores afirmam que o circuito
apresentado na FIG. 4 demonstra que as potncias
nos terminais de rotor e estator independem da razo
de transformao a, onde tambm o conjugado
eletromagntico independe da mesma razo a.
Figura 4 - Circuito equivalente da mquina de induo em regime estacionrio
Fonte - SILVA, 2005, p.37.
De acordo com NOVOTNY e LIPO (1996), usa-se
essa razo de transformao, para facilitar o estudo e
controle da mquina.
No entanto, os mesmos autores ressaltam que, o
efeito da indutncia de disperso de estator no
anulado, mas o sistema de controle pode analisar o
gerador atravs do circuito da FIG. 5, onde a = Ls/M
fazendo com que a mquina real opere prximo da
mquina apresentada na mesma figura.
Figura 5 - Circuito equivalente da mquina de
induo em regime estacionrio com a razo de transformao de rotor para estator dada por a=Ls/M
Fonte: SILVA, 2005, p.38.
Para isso o controlador deve ser projetado em funo
das grandezas do modelo apresentado.
4.3 CONTROLES EXISTENTES
Os principais controles existentes na configurao de
usina elica, pela tecnologia GIDA, so divididos em:
controle situado no lado do rotor; controle situado no
lado da rede; e controle do ngulo das ps do gerador.
Segundo FERREIRA (2009), o Controle do Conversor
Aplicado ao Lado do Rotor, denominado Crotor,
permite que as variaes de potncia geradas,
causadas pelas vrias velocidades do vento, sejam
convertidas em energia cintica do rotor e na energia
eltrica que fornecida rede por meio das bobinas
de alisamento. Isso implica em um melhor rendimento
da potncia de sada da turbina elica, alm de menor
oscilao da corrente injetada na rede.
O mesmo autor afirma que outra caracterstica do
Crotor a capacidade de regular separadamente as
potncias reativas e ativas transacionadas com a
rede. A FIG. 6 ilustra a malha do Crotor.
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e-xacta, Belo Horizonte, v. 4, n. 3, p. 81-91. (2011). Editora UniBH. Disponvel em: www.unibh.br/revistas/exacta/
Figura 6 Malha de controle do conversor no lado do rotor
Fonte: MATLAB, 2009.
Ainda por FERREIRA (2009), a potncia de sada
medida nos terminais da rede da turbina. Essa medida
adicionada s perdas de energia total (mecnica e
eltrica) do sistema, e esta comparada com a
potncia de referncia obtida atravs das
caractersticas construtivas do gerador, ditas
caractersticas de rastreamento.
Enquanto que o regulador Proporcional-Integral (PI)
usado para reduzir o erro de potncia para zero.
Ressaltando tambm que a sada deste regulador a
corrente de referncia Iqr_ref que deve ser injetada no
rotor. A corrente Iqr medida comparada com a
corrente de referncia Iqr_ref e o erro reduzido a
zero pelo regulador de corrente (PI). A sada desse
controlador uma tenso gerada Vqr no conversor
Crotor.
J o Conversor do Lado Da Rede, denominado Cgrid,
usado para regular a tenso no capacitor do
barramento CC. Essa tecnologia permite que o
conversor Cgrid fornea ou absorva potncia reativa
(FERREIRA, 2009).
Para o mesmo autor, o sistema de controle
apresentado na FIG. 7 consiste em medies das
componentes d e q do sinal c.a. de sequncia positiva
das correntes a serem controladas, alm da medio
da tenso Vdc no barramento c.c., onde a sada do
regulador de tenso CC uma corrente em fase com
a tenso de rede que controla a o fluxo de potncia
ativa denominada Idgc_ref. Enquanto que o regulador
de corrente controla a magnitude e a fase da tenso
gerada pelo conversor Cgrid; e monitorado pela
alimentao, que prev a tenso de sada Cgrid.
FERREIRA (2009) ainda afirma que o valor mximo
da corrente Igc_ref limitado a um valor definido pela
potncia mxima do conversor com tenso nominal.
Quando Idgc_ref e Iq_ref so tais que a magnitude
maior do que esse valor mximo da componente,
Iq_ref reduzida a fim de trazer de volta a magnitude
de seu valor mximo.
Figura 7 - Controle do conversor no lado da rede
Fonte: MATLAB, 2009.
O Controle do ngulo de Inclinao das Ps mantido
constante a zero grau at que a velocidade atinja o
ponto de operao crtica estipulada pela
caracterstica de rastreamento descrita por princpios
construtivos do gerador (FERREIRA, 2009).
O mesmo autor afirma que aps o ponto crtico o
ngulo de inclinao proporcional velocidade de
desvio (FIG. 8).
Figura 8 Malha de controle do ngulo de inclinao das ps
Fonte - MATLAB, 2009.
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5 METODOLOGIA
A metodologia do trabalho inicia-se com o estudo das
estratgias e os mtodos de para garantir: demanda,
eficincia energtica e qualidade de energia entregue
a consumidores finais.
Para melhor domnio da pesquisa, o levantamento dos
tipos de geradores elicos foi estudado para definir o
gerador a ser utilizado no trabalho, o modelo adotado
para foi o gerador de induo duplamente alimentado
(GIDA).
Finalizando a etapa de estudo, inicia-se o processo de
simulaes computacionais baseando-se em
softwares especficos: Simulink/MATLAB.
A simulao possui o objetivo de analisar o mtodo de
controle para a estabilidade e dinmicas do GIDA,
quando submetido a variaes do vento.
Terminando as simulaes, grficos analticos foram
gerados com intuito de obter concluses significativas
para responder os problemas propostos na pesquisa.
6 RESULTADOS E DISCUSSO
6.1 DESCRIO DO MODELO SIMULADO
A FIG. 9 traz o modelo do parque elico simulado, que
possui uma potncia de 9MW, constitudo por seis
turbinas elicas de 1,5MW, conectados a um sistema
de distribuio de energia de 25 kV. O parque elico
interligado com um sistema de potncia de 120 kV por
uma linha de transmisso de 30 km e um
transformador de 47 MVA.
As tenses, correntes da turbina e cargas so
monitoradas constantemente para a proteo do
sistema. A velocidade da mquina e tenso c.c. do
GIDA tambm so monitoradas com o mesmo intuito.
O sistema simulado observado durante 70
segundos.
9 MW Wind Farm(6 x 1.5 MW)
Wind Farm (DFIG Phasor Model)Phasors
pow ergui
V1_B575
I1_B575
P_mean
Q_mean
Wind turbineData acquisition
Trip
Trip Time
WindTurbine
Protection
Wind (m/s)
Trip
mA
B
C
mA
B
C
Wind (m/s)
Trip
Wind TurbineDoubly-Fed Induction Generator
(Phasor Type)1
Wind Turbine
Wind Speed(m/s)
0
0
Scope9
Scope8
Scope7 Scope6 Scope5
Scope4
Scope3
Scope2
Scope15
Scope14Scope13
Scope12
Scope11 Scope10
Scope1
Scope
A
B
C
Plant2 MVA
?
More info
A B C
Load500 kW
ABCN
a
b
c
GroundingTransformer
X0=4.7 Ohms
Vabc_B120
Vabc_B25
Vabc_B575
P_B25
Q_B25
V1_Plant
I1_Plant
Motor_Speed
GridData acquisition Grid
[Trip_WT]
pitch
wr
Vdc
wind
wr
Vdc
pitch
[Trip_WT]
wind
A
B
C
A
B
C
Fault
A
B
C
a
b
c
B575(575 V)
A
B
C
a
b
c
B25(25 kV)
A
B
C
a
b
c
B120(120 kV)
3.3ohms
A
B
C
A
B
C
2500 MVAX0/X1=3
A
B
C
a
b
c
25 kV/ 575 V6*2 MVA
A
B
C
A
B
C
20 km l ine
A
B
C
a
b
c
120 kV/25 kV47 MVA
N
A
B
C
120 kV
A
B
C
A
B
C
10 km line
Generated P(MW)
Vabc_B120 (pu)
Vabc_B120 (pu)Vabc_B25 (pu)
Vabc_B25 (pu)Vabc_B575 (pu)
Vabc_B575 (pu)P_B25 (MW)
P_B25 (MW)Q_B25 (Mvar)
Q_B25 (Mv ar) Vdc (V)
Vdc (V)Speed (pu)
Speed (pu)
Pos. seq. V1_B575 (pu)
Pos. seq. I1_B575 (pu)
Generated Q(Mv ar)
Motor Speed (pu)
I Plant pos. seq. (pu/2 MVA)
V_Plant 2.3kV pos. seq. (pu)
Wind speed (m/s)
pitch angle (deg)
Figura 9Simulao implementada no Simulink/Matlab
Fonte - MATLAB, 2009.
O parque elico simulado em um nico bloco
denominado como Wind turbine, multiplicando por
trs, os parmetros abaixo: A sada da turbina de
vento nominal mecnica: 6 x 1.5MW; O gerador de
potncia nominal: 6 x 1.5/0.9 MVA (6 x 1,5 MW a 0,9
PF); O capacitor de barramento nominal DC: 6 x
10000 microfarads.
O transformador de 25 kVA/575V est conectado em
estrela/tringulo diretamente sada do gerador que
possui potncia nominal de 12 MVA. O gerador elico
gera em uma tenso de 575 V, posteriormente essa
tenso elevada para 25 kV, a fim de ser transmitida,
por meio de uma linha de transmisso de 10 km.
O transformador de potncia 47MVA, 120 KVA/25
KVA faz o acoplamento entre o ponto de gerao de
120 KVA. A tenso abaixada para ser transmitida
em uma linha de transmisso de 25 km. O
transformador de 100MVA um sistema de proteo
contra desequilbrio nas fases da linha de
transmisso.
integrado ao sistema uma planta de 2 MVA,
alimentada por uma tenso de 2,3 kV e uma carga
resistiva de 500 kW, alimentada a uma tenso de 575
V.
No bloco da planta de 2 MVA, tem-se um
transformador abaixador que reduz a tenso da linha
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e-xacta, Belo Horizonte, v. 4, n. 3, p. 81-91. (2011). Editora UniBH. Disponvel em: www.unibh.br/revistas/exacta/
de transmisso de 25 kV para 2,3 kV, com potncia
nominal de 2,5 MVA.
A planta de 2 MVA constituda de duas cargas: um
motor de 1,68 MVA com fator indutivo de 0,93
alimentado a 2300V e uma carga resistiva de 200 kW,
alimentada na mesma tenso de 2300 V. H ainda um
sistema de correo de fator de potncia feito por um
banco de capacitores com potncia reativa de 800
kVAr.
6.2 PARQUE ELICO PERANTE A VARIAO DO
VENTO
A simulao realizada observa o comportamento do
parque elico perante a variao do vento nas ps do
gerador, a observao ocorreu durante 70s.
No processo de simulao a turbina elica foi
submetida a uma variao de velocidade do vento
entre 8m/s a 32m/s, seguindo uma rampa de
acelerao regido pela equao f(y)=x. A velocidade
do vento aumenta de 8m/s para 32m/s em
aproximados 32s.
A FIG. 10 ilustra a variao do vento no sistema. Entre
o instante que vai de 0 a 10 segundos, o vento
permanece inalterado em 8 m/s, a partir desse
momento a velocidade do vento comea a subir
chegando a atingir um valor de 32 m/s.
A velocidade de trabalho da turbina orientada por
caractersticas fsicas e construtivas do gerador,
definida nessa simulao como sendo 12 m/s, devido
a essa velocidade de trabalho a incidncia do vento
nas ps do gerador deve ser controlada, para que o
gerador trabalhe em sua velocidade nominal.
A FIG. 11 apresenta a correo da p utilizando o
mtodo de controle variando o ngulo de ataque da p
em relao ao vento.
Figura 10 Curva referente a velocidade do vento
Fonte - MATLAB, 2009, s/p.
O ngulo de correo das ps possui limitao
construtiva, que neste sistema 45 graus.
Nota-se que em t = 22 [s] o ngulo da p se ajusta
para 37 graus para que ocorra a estabilizao do
gerador.
Figura 11 Curva referente variao do ngulo da p
Fonte - MATLAB, 2009.
A FIG. 12 apresenta a variao de velocidade do
gerador dada em pu. A velocidade tem o pico mximo
em torno de 2.1 pu em 32 s, e permanece acima de
seu limiar natural de 1 pu.
Figura 12 Curva referente velocidade do gerador
Fonte - MATLAB, 2009, s/p.
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e-xacta, Belo Horizonte, v. 4, n. 3, p. 81-91. (2011). Editora UniBH. Disponvel em: www.unibh.br/revistas/exacta/
Conclui-se que a tenso no barramento mesmo em
situao adversa estabelece valores tolerveis de
tenso. As FIG. 12, 13 e 14, respectivamente,
mostram a tenso de rede no barramento de B575V,
B25V e B120V, as tenses so dadas em pu.
Um pequeno transitrio pode ser notado no momento
de pior estabilidade do gerador. Quando o mesmo
est submetido a rajadas de vento de altos valores.
Figura 12 Tenso no barramento B575V
Fonte - MATLAB, 2009.
Figura 13 Tenso no barramento B25V
Fonte - MATLAB, 2009.
Figura 14 Tenso no barramento B120V
Fonte - MATLAB, 2009.
A FIG. 15 ilustra a tenso no barramento Vdc. Essa
tenso mantida aproximadamente constante pelo
controle do conversor Cgrid.
Figura 15 Tenso no barramento CC
Fonte - MATLAB, 2009.
Finalmente, a potncia ativa e reativa do gerador
apresentada pelas FIG. 16 e 17, vale salientar que
essa potncia aumenta medida que a velocidade do
gerador sobe, chegando a seu mximo prximo do
nominal que 9 MW, entre 20 e 30 s o gerador est a
uma velocidade de vento acima do aceitvel e o
gerador passa por um transitrio.
Nota-se, entretanto, que em 32 segundos a potncia
abaixa bruscamente, chegando a zero. Isso se justifica
devido ao fato do sistema simulado possuir proteo
contra rajadas de vento acima do permitido. Quando
esse valor alcanado o gerador, assim como seu
sistema de controle, desligado.
Figura 16 Potncia ativa no gerador
Fonte: MATLAB, 2009.
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e-xacta, Belo Horizonte, v. 4, n. 3, p. 81-91. (2011). Editora UniBH. Disponvel em: www.unibh.br/revistas/exacta/
Figura 17 Potncia reativa no gerador
Fonte - MATLAB, 2009, s/p.
7 CONSIDERAES FINAIS
Em t = 10 s, a potncia gerada ativa comea a
aumentar sem problemas (em conjunto com a
velocidade da turbina) para atingir o seu valor nominal
de 9 MW em cerca de 20 s. Durante esse perodo de
tempo a velocidade da turbina ter aumentado entre
0,8 pu a 2,1 pu. Inicialmente, o ngulo das ps da
turbina zero grau. Em seguida, o ngulo de
inclinao aumentado de 0 a 37 graus a fim de
limitar a potncia mecnica e estabilizar o gerador.
Observa-se tambm a tenso e a potncia reativa
gerada. A potncia reativa controlada para manter
uma tenso em 1 pu. A turbina elica em potncia
nominal antes de ser desligada pelo sistema de
proteo absorve 0,68 Mvar (gerando Q = -0,68 Mvar)
para controlar a tenso em 1 pu. Conclui-se com as
simulaes desenvolvidas nesse artigo que a
eficincia do sistema de controle, bem como a
atuao do sistema de proteo, estabelece a
desconexo da turbina em situao de operao
crtica.
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REFERNCIAS
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