Otimização de sistemas de conversão de energia eólica de grande porte. - MEDEIROS, Armando Lucio Ramos de. (1995)
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.