Controle inercial baseado em gerador síncrono virtual aplicado a unidades eólicas operando no ponto de máxima potência

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Bastiani, Bruno Augusto
• Orientador(a): Oliveira, Ricardo Vasques de
• Banca de defesa: Torrico, Cesar Rafael Claure , Vieira Junior, Jose Carlos de Melo , Oliveira, Ricardo Vasques de
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná; Pato Branco
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Energia eólica; Sistemas de energia elétrica; Conversores de frequência; Wind power; Electric power systems; Frequency changers
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
• Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/23592

A elevada penetração de geração eólica nos sistemas elétricos de potência resulta em problemas de controle e estabilidade de frequência, sendo a redução da inércia equivalente dos sistemas elétricos de potência um dos maiores causadores desses problemas. Neste contexto, este trabalho propõe uma abordagem operacional e de controle para fornecer resposta inercial emulada às unidades eólicas baseadas em conversores estáticos plenos operando no ponto de máxima potência. A contribuição inercial da unidade eólica é ampliada por meio de um controle MPPT adaptativo e de uma constante de inércia virtual adaptativa. A estratégia de controle MPPT adaptativo mitiga a interação antagônica entre a malha de controle MPPT tradicional e o gerador síncrono virtual (GSV) durante o período em que a unidade eólica contribui com a resposta inercial de frequência. O controle proposto reduz a amplitude do segundo afundamento de frequência causado pela aceleração da turbina eólica, por meio da escolha do ponto de operação para iniciar a etapa de restabelecimento da velocidade da turbina eólica. A abordagem utilizada reduz também o esforço de controle, o transitório causado pela ação do MPPT e a energia cinética necessária para restaurar a velocidade da turbina. Também é proposta uma metodologia de projeto para a constante de inércia virtual adaptativa, a qual leva em consideração a velocidade do vento, o desvio de velocidade da turbina eólica e as variações típicas de carga do sistema. A constante de inércia virtual é projetada para diferentes cenários operacionais e atribuída ao GSV em função da velocidade de vento e do ROCOF medidos. Os resultados mostram que a estratégia proposta é efetiva em fornecer maior quantidade de energia ativa durante o afundamento de frequência, melhorando o nadir de frequência e o ROCOF. O controle MPPT adaptativo mitigou o efeito antagônico entre o controle MPPT e o GSV, ampliando a contribuição inercial da unidade eólica e mitigando os efeitos adversos deste acoplamento. A inércia virtual adaptativa, possibilitou a utilização de elevados valores de inércia virtual para variações típicas de carga e evitou que a unidade eólica perdesse a estabilidade em casos de variações elevadas de carga.