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Abstract(s)
A presente dissertação de Mestrado tem como objetivo fazer o estudo teórico, a simulação numérica e um protótipo experimental da aplicação de um sistema de controlo de geração eólico ligado à rede de energia elétrica através de conversores eletrónicos de potência.
O trabalho foi iniciado com o estudo teórico do sistema de produção eólico apresentando as diferentes topologias existentes no mercado. A topologia escolhida foi a de Gerador Síncrono de Magnetos Permanentes que utiliza dois onduladores de tensão trifásicos bidirecionais em potência, como reguladores de fluxo de energia entre a rede de energia elétrica e a turbina eólica. Este sistema permite a operação a velocidade variável permitindo uma melhor extração de energia.
Na fase seguinte, foi realizada a modelização da turbina eólica, da máquina elétrica, e dos conversores de potência. De modo a implementar a simulação numérica do sistema, foram efetuadas transformações de referenciais adequados para a síntese de controladores. O controlo de tensão e de velocidade da máquina foram efetuados através de controladores proporcionais integrais que têm como entrada os erros que resultam dos valores efetivos das grandezas e dos valores de referência. O controlo das correntes foi realizado através de controladores histeréticos que comparam as correntes efetivas com as correntes de referência resultando os sinais de entrada para os dispositivos semicondutores. A simulação foi efetuada através do software Matlab/Simulink.
A implementação laboratorial teve como base a utilização de um protótipo experimental, constituído por uma máquina síncrona de magnetos permanentes, um sistema de conversão constituído por um conversor de tensão trifásico, um retificador trifásico e por um sistema de comando e controlo constituído por um processador digital de sinal. Os resultados foram validados e comparados com resultados de uma simulação numérica de baixa potência.
This thesis aims to make the theoretical study, a numerical simulation and its respective experimental verification of a wind power generation control system connected to the electric grid through power converters. The work was started with the theoretical study of the wind production system presenting the different topologies in the market. The chosen topology was the Permanent Magnet Synchronous Generator which uses two bidirectional three-phase voltage inverters as power flow regulators between the electric power grid and the wind turbine. This system allows the operation at variable speed allowing a better extraction of energy. In the next phase, the modeling of the wind turbine, the electric machine and the power converters was carried out. In order to implement the numerical simulation of the system, transformations of appropriate references were made for the synthesis of the controllers. The voltage and speed control of the machine were accomplished using integral proportional controllers that has input the errors that result from the effective values of the quantities and references values. Current control was performed through hysteretic controllers that compare the actual currents with the reference currents resulting in the input signals to the semiconductor devices. The simulation was performed using Matlab/Simulink software. The laboratory implementation was based on the use of an experimental prototype consisting of a permanent magnet synchronous machine, a conversion system consisting of a three-phase voltage inverter and a three-phase rectifier and a control system consisting of a digital signal processor. The results were validated and compared with a low power numerical simulation results.
This thesis aims to make the theoretical study, a numerical simulation and its respective experimental verification of a wind power generation control system connected to the electric grid through power converters. The work was started with the theoretical study of the wind production system presenting the different topologies in the market. The chosen topology was the Permanent Magnet Synchronous Generator which uses two bidirectional three-phase voltage inverters as power flow regulators between the electric power grid and the wind turbine. This system allows the operation at variable speed allowing a better extraction of energy. In the next phase, the modeling of the wind turbine, the electric machine and the power converters was carried out. In order to implement the numerical simulation of the system, transformations of appropriate references were made for the synthesis of the controllers. The voltage and speed control of the machine were accomplished using integral proportional controllers that has input the errors that result from the effective values of the quantities and references values. Current control was performed through hysteretic controllers that compare the actual currents with the reference currents resulting in the input signals to the semiconductor devices. The simulation was performed using Matlab/Simulink software. The laboratory implementation was based on the use of an experimental prototype consisting of a permanent magnet synchronous machine, a conversion system consisting of a three-phase voltage inverter and a three-phase rectifier and a control system consisting of a digital signal processor. The results were validated and compared with a low power numerical simulation results.
Description
Dissertação para obtenção do grau de mestre em Engenharia Eletrotécnica
Ramo: Energia
Keywords
Sistema de controlo de geração eólica Wind power generation control system Conversão dual Back-to-back conversion Onduladores de tensões trifásicos Three-phase voltage source inverters Conversores AC/DC AC/DC power converters Máquina síncrona de magnetos permanentes Permanent magnet synchronous generator Controladores histeréticos Hysteretic comparators Controladores proporcionais integrais Integral proportional controllers Mudanças de coordenadas Coordinate system transformation.
Citation
ARAÚJO, João Pedro Almeida Correia - Sistema de conversão dual para gerador síncrono de magnetos permanentes em aproveitamentos eólicos. Lisboa: Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, 2018. Dissertação de mestrado.
Publisher
Instituto Superior de Engenharia de Lisboa