Dissertations / Theses on the topic 'Generador eólico'

[EN] This work begins in a laboratory of the Instituto de Ingeniería Energética (IIE) of the UPV to launch a wind simulator with a doubly-fed generator (DFIG) of 11 kW. The published works dealing with this type of wind turbine models work mostly with wound rotor generator on two axes that ignore the iron losses. This paper presents an equivalent circuit model for the steady state study considering the losses in the stator iron and iron losses variables rotor is proposed. These losses are significant in small machines, which power are less than 30 kW [22]. It is found that the equivalent iron loss resistances can be located either in parallel to the magnetizing reactance, or in circuit terminals. The model allows having a practical expression to the electromechanical power. An iterative procedure is proposed for the generated electric power. The procedure uses known models of wind turbines from scientific literature. Reactive power consumed by the stator to optimize the efficiency of the wind turbine is obtained, which allows determining the appropriate battery capacitors for these machines. It is noted that the connection of this battery to the stator before connecting to the grid can improve the synchronization because reduces the required rotor voltage. An alternative synchronization method first connects the stator to the grid, then allows the current to stabilize and finally connects converter. This method is useful for prototyping simulators because it allows operating the switch that connects the stator to the grid manually. Electronic converter switches act faster than a conventional switch, which, for synchronization with a strong changing wind, may be advantageous for small wind turbines with low inertia. An advantage of these generators is the use of reduced power converters (approx. 1/3 of the generator electric power), Li [27]. The proposed model determines the maximum speed of the generator that provides greater efficiency with an adequate power converter. Converter electronic components are very sensitive to over currents and over voltages. Therefore a controller that prevents operation in extreme conditions is required. These types of conditions are presented in the transients and the proposed dynamic models allow analyzing the most common transients in wind turbines. The generator dynamic model also includes the iron losses by equivalent resistances at the terminals of the circuit, which links to the steady state model which determines the initial conditions. In dynamic calculations conversion factors designed to simplify power calculations are used. A simple direct power control regulator model is proposed. It uses the targets of stator active power (Ps*) and stator reactive power (Qs*). This model with the other proposed dynamic models using Simulink (Matlab) allows analyzing the behavior under various conditions of normal operation: connection of converter with stator open, synchronization, synchronization to MPP transition or wind variation. The E.ON.Netz 2006 standard is compared with the procedure of Resolution 4/10/2006 12.3 of the General Secretariat of Energy and the response to a voltage sag is analyzed. The assembled prototype simulator consists of an induction motor squirrel cage and wound rotor generator, both of 600 W. The motor that simulates the turbine is fed with a variable frequency drive. A custom inverter has been developed to feed the generator rotor that is powered directly from the DC bus of the variable frequency drive and, therefore, a regenerative rectifier is not required. The prototype which incorporates five current sensors, three voltage sensors and a quadrature encoder with index has allowed verify some of the results obtained with the models presented.
[ES] Este trabajo se inicia en un laboratorio del Instituto de Ingeniería Energética (IIE) de la UPV para poner en marcha un simulador eólico con un generador doblemente alimentado (DFIG) de 11 kW. Los trabajos publicados que abordan este tipo de aerogeneradores trabajan mayoritariamente con modelos de generador de rotor bobinado en dos ejes que no contemplan las pérdidas en el hierro. En este trabajo se propone un modelo de circuito equivalente para el estudio en régimen permanente que contempla las pérdidas en el hierro del estator y las pérdidas variables en el hierro del rotor. Estas pérdidas son significativas en máquinas de pequeño tamaño, de potencia inferior a 30 kW [22]. Se comprueba que las resistencias equivalentes a las pérdidas del hierro pueden ubicar indistintamente junto a la reactancia magnetizante, o bien, en bornes del circuito. El modelo permite obtener una expresión práctica para la potencia electromecánica. Se propone un procedimiento iterativo para obtener la potencia eléctrica generada. El procedimiento utiliza modelos de comportamiento de la turbina eólica contrastados. Se determina la potencia reactiva consumida por el estator que optimiza la eficiencia del aerogenerador, lo que permite dimensionar la batería de condensadores apropiada para estas máquinas. Se observa que la conexión de esta batería al estator antes de la conexión a la red puede mejorar las condiciones de sincronización al reducir la tensión de rotor necesaria. Un método de sincronización alternativo consiste en conectar primero el estator a la red, dejar que se estabilice la corriente y conectar en convertidor. Este método es útil para prototipos de simuladores, pues permite maniobrar manualmente el interruptor que conecta el estator a la red. Los conmutadores electrónicos del convertidor actúan con mayor rapidez que un interruptor convencional, lo que, para la sincronización con un viento fuerte racheado, puede ser ventajoso para aerogeneradores pequeños de baja inercia. Una ventaja de estos generadores es el uso de convertidores de potencia reducida (aprox. 1/3 de la potencia eléctrica del generador), Li [27]. El modelo planteado determina la velocidad máxima del generador que proporciona mayor eficiencia con una potencia del convertidor adecuada. Los componentes electrónicos del convertidor son muy sensibles a sobre corrientes y sobretensiones. Así, se requiere un controlador que evite el funcionamiento en condiciones extremas que se dan en los transitorios. Los modelos dinámicos propuestos permiten analizar los transitorios más usuales. El modelo dinámico de generador también contempla las pérdidas en el hierro mediante resistencias equivalentes en bornes de los circuitos, lo cual enlaza con el modelo de régimen permanente y permite determinar las condiciones iniciales. En los cálculos dinámicos se utilizan conversiones con factores orientadas a simplificar los cálculos de potencia. Se propone un modelo de regulador simple y en Simulink de Matlab se analiza el comportamiento en diversas condiciones de funcionamiento normal: turbina con generador desconectado de la red, conexión con estator o rotor abierto, sincronización, paso a carga, régimen de viento variable. Se analiza la respuesta a un hueco de tensión y se compara el estándar E.ON.Netz 2006 con el procedimiento 12.3 de la Resolución 4/10/2006 de la Secretaria General de Energía. El prototipo de simulador montado consta de un motor de inducción de jaula de ardilla y un generador de rotor bobinado, ambos de 600 W. El motor que simula la turbina se alimenta con variador de frecuencia. Se ha desarrollado un inversor para alimentar el rotor del generador que se alimenta directamente desde el embarrado de continua del variador y no se requiere un rectificador regenerativo que genere corriente continua. El prototipo incorpora 5 sensores de corriente, 3 de de tensión y un encoder en cuadratura con índice que ha permitido contras
[CAT] Aquest treball s'inicia en un laboratori de l'Institut d'Enginyeria Energètica (IEE) de la UPV per posar en marxa un simulador eòlic amb un generador doblement alimentat (DFIG) de 11 kW. Els treballs publicats que aborden aquest tipus d'aerogeneradors treballen majoritàriament amb models de generador de rotor bobinat en dos eixos que no contemplen les pèrdues en el ferro. En aquest treball es proposa un model de circuit equivalent per a l'estudi en règim permanent que contempla les pèrdues en el ferro de l'estator i les pèrdues variables en el ferro del rotor. Aquestes pèrdues són significatives en màquines de mida petita, de potència inferior a 30 kW [22]. Es comprova que les resistències equivalents a les pèrdues del ferro poden situar-se indistintament al costat de la reactància magnetitzant, o bé, en borns del circuit. El model permet obtenir una expressió pràctica per a la potència electromecànica. Es proposa un procediment iteratiu per obtenir la potència elèctrica generada. El procediment utilitza models de comportament de la turbina eòlica contrastats. Es determina la potència reactiva consumida per l'estator que optimitza l'eficiència de l'aerogenerador, el que permet dimensionar la bateria de condensadors apropiada per a aquestes màquines. S'observa que la connexió d'aquesta bateria a l'estator abans de la connexió a la xarxa pot millorar les condicions de sincronització en reduir la tensió de rotor necessària. Un mètode de sincronització alternatiu consisteix a connectar primer el estator a la xarxa, deixar que s'estabilitzi el corrent i connectar a convertidor. Aquest mètode és útil per a prototips de simuladors, ja que permet maniobrar manualment l'interruptor que connecta l'estator a la xarxa. Els commutadors electrònics del convertidor actuen amb més rapidesa que un interruptor convencional, que, per a la sincronització amb un vent fort a ratxes, pot ser avantatjós per aerogeneradors petits de baixa inèrcia. Un avantatge d'aquests generadors és l'ús de convertidors de potència reduïda (aprox. 1/3 de la potència elèctrica del generador), Li [27]. El model plantejat determina la velocitat màxima del generador que proporciona major eficiència amb una potència del convertidor adequada. Els components electrònics del convertidor són molt sensibles a sobre corrents i sobretensions. Així, es requereix un controlador que eviti el funcionament en condicions extremes que es donen en els transitoris. Els models dinàmics proposats permeten analitzar els transitoris més usuals. El model dinàmic de generador també contempla les pèrdues en el ferro mitjançant resistències equivalents en borns dels circuits, la qual cosa enllaça amb el model de règim permanent i permet determinar les condicions inicials. En els càlculs dinàmics s'utilitzen conversions amb factors orientades a simplificar els càlculs de potència. Es proposa un model de regulador simple i en Simulink de Matlab s'analitza el comportament en diverses condicions de funcionament normal: turbina amb generador desconnectat de la xarxa, connexió amb estator o rotor obert, sincronització, pas a càrrega, règim de vent variable. S'analitza la resposta a un buit de tensió i es compara l'estàndard E.ON.Netz 2006 amb el procediment 12.3 de la Resolució 4/10/2006 de la Secretària General d'Energia. El prototip de simulador muntat consta d'un motor d'inducció de rotor curtcircuitat i un generador de rotor bobinat, tots dos de 600 W. El motor que simula la turbina s'alimenta amb variador de freqüència. S'ha desenvolupat un inversor per alimentar el rotor del generador que s'alimenta directament des del embarrat de contínua del variador i no es requereix un rectificador regeneratiu que generi corrent continu. El prototip incorpora 5 sensors de corrent, a 3 sensors de tensió i un encoder en quadratura amb índex que ha permès contrastar alguns dels resultats obtinguts teòricament.
Safont Vivas, J. (2016). Simulador de Generador Eólico Doblemente Alimentado [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/62689
TESIS

Ingeniero Civil Mecánico
En la actualidad las energías de fuentes renovables son vistas por muchos como el futuro energético para nuestro país y el mundo. El viento es una de las fuentes más interesantes, pudiendo convertir su energía cinética en energía eléctrica mediante aerogeneradores. Entre los aerogeneradores está la turbina de eje vertical tipo Darrieus, de las cuales no se cuenta con mucha información tridimensionales acerca de la interacción entre sus álabes y el viento, que permitan determinar la magnitud y distribución de las cargas sobre el alabe y el torque aerodinámico que estos tienen cuando la turbina está girando bajo condiciones dadas. Estos parámetros son de vital importancia a la hora del diseño y construcción de una turbina tipo Darrieus, ya que ayudaran a conocer puntos de sujeción de alabes y los tipos de materiales que se deben utilizar para resistir la influencia del viento. El trabajo presentado a continuación tiene por objetivo determinar y cuantificar las cargas y momentos aerodinámico en los álabes simétricos de una turbina eólica tipo Darrieus, esto para posterior uso en la definición de criterios de diseño estructural mediante análisis teóricos y simulaciones computacionales bajo condiciones de operación dadas. Para conseguir el objetivo descrito, se estudia y analiza el funcionamiento de las turbinas Darrieus desde el punto de vista aerodinámico. Luego se lleva a cabo un análisis teórico de las fuerzas sobre el álabe girando, utilizando las ecuaciones gobernantes de un cuerpo sumergido en un fluido, en este caso aire en movimiento en interacción con un álabe. Luego se realizan simulaciones con el programa ANSYS CFX 14.5.0. Con el fin de reducir el uso de recursos computacionales, se simula el perfil alar variando su ángulo de ataque cada 5° en condiciones estacionarias y con velocidades incidentes iguales a las velocidades relativas que se forman como resultante del giro de la turbina y del viento propiamente tal. Finalmente se realiza una comparación entre los datos teóricos y los experimentales. Algunos alcances de las simulaciones son que no se consideraron interferencias entre los álabes, lo cual pudiera afectar al resultado y que el fluido incidente no posee perturbaciones, teniendo un perfil de velocidad uniforme y laminar. Los resultados de las simulaciones en este estudio se condicen mayoritariamente con los resultados teóricos. Se pueden observar como resultados que la distribución de las cargas es de forma parabólica, estando las máximas presiones en el centro del álabe y disminuyendo hacia los extremos de manera simétrica. Por otra parte, los máximos torques aerodinámicos se producen cuando la sustentación del perfil es máximo y viceversa.

Ingeniero Civil Mecanico
Actualmente la energía eólica ha tenido un creciente auge debido a los grandes avances tecnológicos presentes estos últimos años y al aumento en el desarrollo de energías limpias y sustentables. A partir de lo anterior es que se genera el concepto de las turbinas eólicas aumentadas por edificios, la cuales aprovechan el potencial eólico que se ve afectado por los ambientes urbanos. El estudio tiene como principal objetivo determinar criterios de emplazamiento de un generador eólico de pequeña escala en una vivienda urbana. Esto se realiza utilizando el método de volúmenes finitos mediante el software comercial ANSYS FLUENT 14.5, el cual simula un flujo de aire sobre una vivienda previamente definida. Se define un coeficiente concentración de la velocidad del aire que muestre las zonas donde existe un aumento del recurso energético por efecto de la presencia de la vivienda. A partir de los resultados obtenidos por la simulación realizada se aprecia que el flujo se separa, provocando zonas donde se aumenta la velocidad del aire debido a la presencia de la vivienda, además se realizan estudios en diferentes planos de la vivienda con el fin de analizar los efectos producidos para cada geometría, se concluye a partir de este análisis que las zonas de aumento de velocidad de flujo son mayores mientras más abrupto es el choque de la superficie con el viento. Además se presentan los resultados de los factores de concentración de velocidad del aire, donde existe un aumento del 5% de la velocidad del viento alrededor de la vivienda, por causa exclusiva de su geometría. Finalmente, este estudio concluye con la generación de los criterios de emplazamiento para turbinas eólicas sobre una vivienda urbana, dándole importancia a las zonas donde existe un mayor aprovechamiento del potencial eólico.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica. Ingeniero Civil Eléctrico
En esta tesis se desarrollan y evalúan tres estrategias de control predictivo distintas en un generador de inducción de doble excitación (DFIG), que son: descentralizado, centralizado y distribuido. En la estrategia de control predictivo descentralizada el conversor back-to-back es regulado mediante dos controladores predictivos, uno para el lado rotor y el otro para el lado red, y mediante un controlador PI que mantiene el balance del voltaje en el DC-link. En la estrategia de control predictivo centralizado todo el conversor es regulado mediante un único controlador predictivo. Por último en la estrategia de control distribuido el sistema es regulado mediante dos controladores predictivos que comunican sus acciones de control. Para evaluar las estrategias de control planteadas se desarrolla un simulador que captura la dinámica de un generador doblemente alimentado mediante el uso del software Matlab-Simulink. Los controladores se programan de acuerdo a las estrategias de control implementadas y son aplicados en el simulador del generador. Se evalúa el desempeño de cada uno de estos, en base a los siguientes criterios de comparación: THD, error de seguimiento de las corrientes, error de seguimiento del voltaje de DC-Link, tiempo de ejecución del programa de cada controlador y frecuencia de switching. Se analiza también el desempeño de estas estrategias de control bajo condiciones de operación de estrés en la red, es decir, se somete el aerogenerador a una falla trifásica que implica una caída de la tensión de la red en un 70%. A partir de los resultados se concluye que es posible implementar las tres estrategias de control propuestas en el DFIG. Además se observa que el valor de la función de costos resulta ser mínimo en la estrategia de control centralizada seguida por la distribuida para presentar un menor desempeño en la estrategia de control descentralizada. En cuanto al error de seguimiento el voltaje del DC-Link es mejor para el caso centralizado, seguido por el distribuido, observándose el peor desempeño en el caso de descentralizado, con sobreniveles en torno al 4% cuando se cambia el punto de operación. Este resultado se debe a que en el caso centralizado el controlador encuentra un óptimo global, en cambio en el descentralizado los óptimos son locales. En general, los resultados de la estrategia de control distribuido son bastante similares a los obtenidos mediante la estrategia de control centralizado, con la diferencia de que se resuelve el problema de optimización dentro del tiempo de muestreo. Al analizar la distorsión armónica se observa que la frecuencia se encuentra distribuida a lo largo de todo el espectro lo que en aplicaciones reales complica el dimensionamiento de los filtros para armónicos y aumenta su costo, por lo que recientemente se han estudiado estrategias de control predictivo moduladas que utilizan una fase de modulación antes de conectarse a las compuertas de los IGBT's. Como consecuencia los armónicos se centran en torno a múltiplos de la frecuencia de la señal portadora. Por último al analizar el comportamiento de las estrategias propuestas en presencia de una caída de tensión en la red se producen sobrecorrientes en los enrollados del rotor que el convertidor lado rotor no es capaz de controlar. Además durante la contingencia es necesario utilizar un chopper para disipar el exceso de energía.

En el desarrollo de la presente tesis, se plantea la solución, para la regulación de la velocidad de rotación de un sistema eólico; aplicando dos técnicas de regulación las cuales indicamos a continuación: a) Control de posición del plano de rotación del rotor. b) Control de posición por paso variable del alabe (PITCH CONTROLER). Considerando un sistema con una entrada y una salida (SISO); el cual esta sujeto a cargas no lineales debido a las variaciones de las velocidades del viento; y empleando la metodología de Control Optimo discreto se tiene como objetivo regular la velocidad de rotación del sistema eólico. En el caso a) que es tema de la presente tesis, el sistema no lineal a controlar consiste de una góndola, la cuál recibe una fuerza axial variable debido al viento. Como consecuencia de esta fuerza, aplicada excéntricamente al eje de basculación, se produce un momento de giro de la góndola en sentido horario, haciendo variar la orientación del plano de rotación en el sentido adecuado, realizando una primera regulación mecánica. Simultáneamente debe actuar un servomotor DC de imán permanente con reducción, solidario al eje de basculación, controlando el ángulo del plano de rotación, para obtener una frecuencia de rotación constante del rotor
In the development of show it thesis, the solution, in order to the rotation velocity regulation of an aeolian system comes into question; Applying two regulation tech¬niques which we indicated below: a) Position Control of the rotation diagram of the rotor. b) Position Control for variable step of the paddle (PITCH CONTROLLER). Considering a system with an entrance and an exit (I PILFER); Which this one fastened abundantly nonlinear due to the variations of the wind’s velocities; And using discreet Control Optimal methodology the capability velocity of the aeolian system is aimed at regulating. In the case a) that he is theme of show it thesis, the nonlinear system he consists of a gondola, her as to control receive an axial force variable due to the wind. As a consequence of this force, her as he is applied eccentrically to basculation axle, he produces a turning moment of the gondola in felt schedule, doing to vary the made suitable, orientation of the diagram of rotation, in the sense accomplishing a first mechanical regulation. Simultaneously he must perform on a servomotor AD of permanent magnet with reduction, solidary to basculation axle, controlling the angle of the rotation diagram, to obtain a constant rotation frequency of the rotor

Determina la caracterización y las mejoras técnicas de un aerogenerador; el cual está clasificado como de pequeña potencia (100 W) el diseño está integrado con un generador sincrónico de imanes permanentes, con el objeto de ser utilizado como fuente de energía eléctrica, para abastecer de energía eléctrica una zona específica de preferencia rural del país. En el marco teórico se ha incluido la información bibliográfica de los principios de funcionamiento de sistemas de aerogeneración, iniciando con la evaluación del potencial eólico del lugar elegido para la instalación, la clasificación, la teoría de la pala, principios básicos de funcionamiento del rotor eólico y del sistema en conjunto. La metodología utilizada para el desarrollo del proyecto que esta documenta en esta tesis se inicia con el levantamiento de los datos en el campo para evaluar el potencial eólico de la zona donde se va a instalar el aerogenerador. Luego se efectúa el dimensionado preliminar (de gavinete) de la turbina eólica considerando la velocidad promedio del viento, diseño de las palas del aerogenerador basados en las características aerodinámicas, se elige el perfil de la hélice en este caso se elige el perfil NACA 4412. Continua con el dimensionado de la generación eléctrica para lo cual se utiliza imanes permanentes de tipo axial que facilita la construcción. Luego de diseñar y construir el sistema, es montado en las cercanías de la ciudad de Huacho, donde fue sometido a pruebas de funcionamiento para determinar el coeficiente de potencia del sistema.
Tesis

En los últimos años, los aerogeneradores han aumentado su demanda por su bajo costo de instalación y el aumento de consumo de energía eléctrica, contribuyendo de manera rápida al acceso de electricidad de miles de personas de los países en desarrollo que viven en zonas rurales o áreas remotas; por lo que ofrece una prometedora alternativa. Las turbinas eolicas se aplican en: ambientes residenciales, sistemas híbridos, sistemas de bombeo, comercial e industrial, pesquería y barcos de recreación, pastizales, granjas, áreas remotas, desalinización, monitoreo remoto, investigación, educación, y estaciones de telecomunicación. El distrito de Reque cuenta con un recurso eólico cuya velocidad promedio es de 7,32_m/s, y hasta la fecha no hay ningún proyecto para aprovechar dicho recurso y convertirlo en energía eléctrica en beneficio de la comunidad. Por esta razón la presente tesis tiene por objetivo realizar un análisis aerodinámico de un elemento de álabe de una pequeña turbina eólica para aprovechar de la mejor manera el recurso eólico del distrito de Reque. Para ello, se analizará y seleccionará tres perfiles de álabes dibujados en CAD según NACA y se tomará como modelo el perfil que obtenga un mejor rendimiento aerodinamico con la intención de realizar proyectos futuros. Asimismo, se realizará una simulación computacional mediante software CFD con el propósito de validar los resultados.

Magíster en Ingeniería Civil Mecánica
Ingeniero Civil Mecánico
Este estudio presenta simulaciones numéricas de una turbina eólica de eje vertical (VAWT) tipo Darrieus utilizando técnicas de control de flujo pasivo, específicamente variando las temperaturas de superficie de álabe, con el objetivo de determinar si es posible obtener un mejor desempeño aerodinámico de la turbina. El gradiente de temperatura entre el álabe y el flujo puede generar atrasos o adelantos en el desprendimiento de la capa límite, y variaciones en la frecuencia de desprendimiento de vórtices. Luego, se pueden utilizar estas técnicas para reducir o aumentar fuerzas aerodinámicas donde sea favorable. Las simulaciones son realizadas con el método de volúmenes finitos utilizando un software comercial (ANSYS Fluent 13.0.0), con el modelo de turbulencia k-omega SST. Se utiliza un modelo bidimensional rotor-estator transiente, usando una malla deslizante, para así capturar los cambios en el flujo a través de la rotación. También se utiliza el Double-Multiple Streamtube Model (DMST) como método de validación numérica. Como resultados, se obtienen incrementos en el torque y potencia media de la turbina al enfriarla uniformemente, mientras que se obtienen caídas de torque y potencia media al calentarla uniformemente. Estos resultados se explican a través de la relación entre fuerzas aerodinámicas con las propiedades físicas, específicamente la densidad. No se nota reducción de arrastre a las temperaturas simuladas. Se propone para futuros trabajos la investigación de distribuciones de temperatura no uniformes en los álabes, y la generalización de este estudio a simulaciones tridimensionales.

Ingeniero Civil Eléctrico
Altas tasas de contaminación y procesos productivos poco sustentables han alterado de manera significativa el medio ambiente. Para atenuar este efecto, un gran número de países ha decidido aumentar las fuentes de energía renovables en sus matrices energéticas. Debido a esto y a la baja de los costos de inversión, la penetración de energía eólica ha tenido un alza sostenida en los sistemas eléctricos de potencia durante los últimos años, en los que la industria ha privilegiando el uso de aerogeneradores de velocidad variable. El objetivo general de este trabajo es revisar diferentes opciones de control de potencia activa y reactiva en aerogeneradores basados en generadores de inducción doblemente alimentados (DFIG), focalizando el estudio en estrategias de control de potencia activa. Para lograr esto, se realiza en primer lugar una investigación en la literatura especializada de los principales aspectos referentes al control de potencia activa y reactiva de este tipo de aerogeneradores. Posteriormente, en la plataforma MATLAB/Simulink, se implementan dos modelos dinámicos de aerogenerador con DFIG, uno equipado con ángulo de paso variable y el otro con ángulo de paso fijo. El control de potencia activa, en la región de velocidades de viento que están por debajo de la velocidad de viento nominal, lo efectúan bajo dos esquemas distintos de seguimiento del punto de extracción de máxima potencia (MPPT). La limitación de potencia para vientos por sobre la velocidad de viento nominal, la llevan a cabo a través del control del ángulo de paso y por pérdida aerodinámica asistida por control de velocidad. Una de las principales conclusiones es que los aerogeneradores con DFIG con limitación de potencia por pérdida aerodinámica asistida por control de velocidad deben tolerar torques considerablemente mayores que los que poseen ángulo de paso variable. Además, la calidad de la potencia generada a velocidades de viento sobre la nominal es mejor en este último. Por otro lado, se concluye que existe un compromiso entre la eficiencia y las cargas a las cuales se ve sometido el aerogenerador al considerar un esquema MPPT basado en la regulación de velocidad del rotor. Además, dependiendo del ajuste de sus controladores, este esquema puede lograr un mejor seguimiento del coeficiente de potencia óptimo, en comparación con un esquema MPPT que utiliza la velocidad del rotor para determinar la referencia de potencia activa.

Tesis para optar al grado de Magíster en Administración
La industria de generación de energía eólica en Chile ha presentado un crecimiento acelerado de 50% anual en promedio durante los últimos 5 años y se estima que tendrá para los próximos 10 años un crecimiento promedio mayor al 15% anual. La demanda creciente de servicios asociados a esta industria y la inexistencia de proveedores chilenos que puedan satisfacer esta demanda genera una oportunidad de negocio para Eólica Service, pudiendo transformarse en la primera empresa chilena dedicada a prestar servicios de mantenimiento a la industria eólica. El siguiente plan de negocios consiste en el desarrollo de una empresa de servicios de mantenimiento para la industria eólica chilena, cuyo foco será atender el mercado del mantenimiento secundario de los aerogeneradores, concentrando su oferta de servicios en tres segmentos principales: Empresas de montaje y construcción; Operadores de parque, y grandes empresas internacionales de mantenimiento de turbinas eólicas. La propuesta de valor de Eolica Service es ofrecer un servicio de mantenimiento especialista en turbinas eólicas, de mayor disponibilidad, más flexible para adaptarse a las necesidades de cada proyecto y a un menor costo que la competencia internacional, siendo un partner de la industria eólica local. Lo anterior se logra aprovechando la amplia experiencia del equipo gestor, combinado con el uso de recursos locales y un plan operacional estratégicamente diseñado acorde a la distribución geográfica de los parques eólicos en el país y los nuevos proyectos en desarrollo. El mercado potencial que se proyecta para el décimo año es de 11.100 millones de pesos y Eolica Service espera llegar a captar el 14,9% de la demanda total. La inversión inicial es de 227,8 millones de pesos y las proyecciones financieras considerando un horizonte de evaluación de 10 años y una tasa de descuento de 12,3%, entregan un VAN de 825 millones y una TIR de 34%. Para financiar el negocio se propone la incorporación de un socio inversionista. A cambio del 60% de la inversión, se ofrece un 40% de los flujos, dando como resultado un VAN de 289,5 millones y TIR del 28%. En conclusión, se presenta una atractiva oportunidad de inversión en una industria con demanda creciente, con baja presencia de competidores y alta rentabilidad, por ello se recomienda la implementación del proyecto.

Ingeniero Civil Electricista
El objetivo de este trabajo de título es desarrollar una metodología para diseñar una central eólica con generador doblemente alimentado. Con este propósito, se describen las herramientas de análisis necesarias para estimar la velocidad del viento, la potencia generada por un aerogenerador y la energía generada por el conjunto de aerogeneradores que constituyen la central. Para ello se realiza una investigación de los métodos utilizados en la industria de los aerogeneradores, así como del comportamiento de las máquinas. También se hace una revisión de los modelos de generadores actuales, bases de datos públicas de la energía eólica y programas computacionales de apoyo, entre otros. Todo lo anterior se utiliza para el desarrollo de una metodología capaz de estimar la energía generada en un sitio, dado un determinado aerogenerador, permitiendo discriminar entre lugares con distinto régimen de viento y diferentes aerogeneradores. La metodología consta de dos partes: la primera, corresponde a una versión simplificada que sirve durante los primeros pasos del proyecto, cuando aún no se tiene información certera (que se consigue con meses de mediciones), pero permite hacer una buena estimación de la energía generada antes de comprometerse o no con el proyecto. La segunda parte incluye métodos adicionales necesarios para estimar de mejor forma el recurso eólico, requiriendo más información y tiempo de estudio; no obstante, entrega un resultado mucho más cercano a la realidad. Posteriormente, se aplica la metodología para un proyecto ficticio, llevándose a cabo casi la totalidad de los pasos necesarios, sólo faltando algunos que requieren mediciones. Se logra evaluar dos sitios potenciales con una variedad de aerogeneradores y posiciones dentro de la central, lográndose finalmente tener una estimación de la energía y el VAN del proyecto en cada localización. Con esto, se concluye que la metodología desarrollada es adecuada para seleccionar máquinas y lugares, y estimar la energía que proveerá una central con generadores doblemente alimentados.

Tese de Mestrado em Segurança e Higiene no Trabalho
Nos últimos anos tem-se verificado um rápido crescimento da potência instalada de energia eólica em Portugal. Com a evolução verificada no aproveitamento da energia eólica, quer em quantidade de parques eólicos, quer na dimensão dos aerogeradores e tendo em conta as características específicas das componentes do seu funcionamento, verificou-se que a atual legislação não acompanha adequadamente o impacte do ruído e como tal tornou-se indispensável uniformizar os critérios de avaliação do ruído provocado pela instalação e funcionamento dos aerogeradores. As preocupações inerentes à instalação dos aerogeradores dizem respeito ao ruído que estes emitem e o consequente incómodo para as pessoas, bem como os efeitos adversos que estes provocam na saúde das pessoas. Este trabalho tem como objetivo a análise e caracterização do ruído de baixa frequência produzido por um parque eólico, por forma a perceber os níveis de ruído que os aerogeradores emitem e acrescentam ao ruído ambiente já existente, assim como o grau de incomodidade que induzem nas envolventes mais próximas. Para o efeito, fez-se primeiramente uma revisão de literatura sobre a energia eólica, caracterizando-se posteriormente os aerogeradores e os elementos que o constituem. Para a caracterização do ruído emitido pelos aerogeradores, descreveu-se as fontes de ruído de aerogeradores, as características do ruído dos aerogeradores, assim como, a perceção que se tem do ruído dos aerogeradores. Além disso, referiu-se quais os efeitos do ruído dos aerogeradores na saúde humana. Serão abordadas metodologias de avaliação e medição, com o objetivo de obtenção de resultados próximos da realidade, através da análise dos diferentes casos de estudo realizados. Na análise dos dados obtidos teve-se em conta o cumprimento do Regulamento Geral do Ruído.
Abstract: In the last years rapid growth for installed wind energy has become evident. This evolution can be seen in designated wind parks both in quantity and dimension of the installed wind generators and specific characteristics of the same. Ongoing legislation does not match the impact as for example noise levels and as such become indispensable the standardization of the evaluation criteria for these installation and quality of the equipment’s installed. There should be immediate worries regarding the installation and operation of the generators for noise levels as they are uncomfortable to people and the relating effects that they may cause to overall health. The goal of this work is to analysis and characterizes low frequency levels produced by a wind park, taking in account noise levels and existing ambient noise to evaluate the impact in its surroundings. It is presented a revision for ongoing related literature on Wind power, known specifics for the generators and its components. In the description of the generators, noise levels sources has been taken in account as well as specific characteristics and perception relating this to the effects they cause to human health. With the objective of obtaining results as closer to reality as possible, evaluation and measurement specific methodologies will be applied to analysis different case studies. General regulation for noise levels has been taken in account to evaluate the results.

Ingeniero Civil Electricista
En el marco de la inminente masificación del uso de energías renovables no convencionales en los sistemas eléctricos nacionales, y en específico en el Sistema Interconectado del Norte Grande (SING), y considerando que en el sistema de evaluación de impacto ambiental (SEIA) ya se encuentra más de 1 GW en proyectos eólicos, resulta de vital importancia la realización de estudios dinámicos con el fin de analizar los efectos de la incorporación de esta tecnología en la estabilidad del sistema. En particular, y considerando la poca flexibilidad del parque generador existente en el SING, resulta de especial interés estudiar el control primario de frecuencia (CPF). En el marco anterior, el presente trabajo se centra en analizar la estabilidad de frecuencia del SING proyectado al año 2020 frente a diferentes estrategias para el CPF en generadores de inducción doblemente alimentados (DFIG). Las estrategias analizadas son el control deload vía conversor, el control droop y un control de frecuencia mediante baterías (BESS). El análisis anterior se realiza para 4 escenarios de penetración de energía eólica y mediante el software DigSilent. El trabajo incluye la modelación dinámica de cada uno de los componentes del SING proyectado al año 2020, de los parques eólicos (considerando modelos agregados) y de las distintas estrategias de control. En general, los resultados obtenidos demuestran que las tres estrategias de control evaluadas apoyan en forma efectiva al CPF mejorando el desempeño del sistema. En particular, para el escenario con mayor penetración de energía eólica (15% de la capacidad instalada) en el caso en que los parques no participan del control de frecuencia, se observa la activación de ciertos esquemas de desconexión automática de carga (EDAC) en el sistema. En el caso en que los parques participen en el CPF con alguna de las tres estrategias estudiadas, dicha situación no ocurre. Finalmente, las simulaciones realizadas muestran un desempeño destacado del control deload y el control con baterías, alcanzando ambos, mejoras por sobre el 50% en el escenario de mayor penetración de energía eólica.

O aumento da demanda energética mundial e a necessidade de obtenção de energia por fontes renováveis abriram espaço para discussão sobre vantagens e desvantagens relacionadas às diversas tecnologias de geração existentes. Dados mostram um crescimento significativo do percentual da geração eólica no sistema energético mundial tornando factível o investimento em tecnologias que possam atender às diferenças de aplicação para cada região. Este trabalho apresenta inicialmente as principais características das arquiteturas construtivas dos geradores eólicos listando e apresentando seus principais equipamentos e funções, em seguida são apresentados métodos de controle e proteção aerodinâmica e as principais topologias aplicadas na geração eólica de energia. A discussão das vantagens e desvantagens de cada topologia apontou o gerador Doubly Fed Induction Generator (DFIG) aplicado em sistemas de velocidade variável como uma tecnologia que se destaca pelo seu alto nível de controle e pelo ganho relacionado ao conversor back-to-back de apenas 30% da capacidade de geração da máquina. No trabalho o controle do conversor back-to-back foi testado e validado por simulações e os ajustes dos controladores obtidos pelo método do modelo simétrico ótimo. Em seguida, são apresentados os dispositivos básicos de proteção correlacionados ao monitoramento de corrente, tensão e fluxo de potência e discutidas suas limitações na topologia com o gerador DFIG. No final do trabalho a proteção diferencial é apresentada e aplicada sobre o gerador DFIG e simulações de falta são realizadas em diferentes condições de funcionamento da máquina de modo a obter dados que possam apontar a melhor parametrização deste dispositivo de proteção.
The world energetic demand increase and the generation renewable necessity allowed the dialogue about the advantages and disadvantages of generations technologies existing. Many data shows an significant increase of wind generation inside the world energetic system allowing the investment in technologies to work at the characteristics existing in each place. This study shows the main constructive characteristics in the wind generation showing their main equipments and functions. After, the control and protection aerodynamic methods are shown together with the main topologies in the wind generation. The discussion about the advantages and disadvantages of this topologies showed the DFIG generator working in variable speeds systems like an efficient technology because your accurate control and the low cost of back-to-back frequency inverter. In this study the control of back-to-back converter was tested end validated and the drivers parameters was calculated with the method of the optimal symmetric model. then, are showed some basic protections devices linked with current, voltage and power flow monitoring and yours limitations are discussed in the DFIG topology. In the end the differential protection is showed and applied in the DFIG machine then fault simulations are make to obtain data to produce the best configuration parameters of differential protection.

Durante los últimos años, el país se ha visto enfrentado a escenarios energéticos complejos, en gran parte debido a la fuerte dependencia de recursos energéticos extranjeros como el petróleo y el gas natural. Por esta razón ha aumentado el número de proyectos eólicos, con el propósito de solucionar este problema y de esta forma contribuir a la operación segura del Sistema Interconectado Central. El aumento de generación eólica conlleva cambios bruscos en la potencia activa inyectada a la red debido a la naturaleza del viento. Estas variaciones de potencia influyen directamente sobre la frecuencia del SIC, razón por lo cual se necesita un sistema de control que permita mantener esta variable dentro de los rangos establecidos en la normativa chilena. El objetivo principal del presente trabajo es encontrar la cantidad de reserva en giro mínima, que permita realizar el control primario de frecuencia del sistema ante la desconexión de generación provocada por el funcionamiento de un parque eólico conectado al SIC. La metodología desarrollada contempla tres etapas. En la primera, se determina la ubicación de los parques según criterios de nivel del régimen eólico y cercanía al sistema eléctrico. Mediante el uso de simulación dinámica en el software DigSilent PowerFactory®, en la segunda etapa se determina la mínima potencia de reserva en giro utilizada debido a la desconexión de partes del parque eólico, respetando los criterios de calidad y seguridad de servicio aplicados en el país. En la última etapa se establece la relación entre la generación desconectada del parque eólico y la reserva utilizada por el sistema. Estos estudios arrojan los resultados para poder estimar la cantidad de la reserva en giro que deben mantener las centrales generadoras, para distintos niveles de penetración eólica en el SIC, de tal manera de suplir las variaciones de potencia que presenten los generadores eólicos y así, asegurar la regulación primaria de frecuencia. Además, se calcula el costo que tiene esta reserva para el funcionamiento del sistema.

A geração de energia elétrica com fontes renováveis está em aumento e uma das que tem maior crescimento é a eólica. A instalação das máquinas que aproveitam este recurso pode trazer alguns problemas para a rede elétrica devido à intermitência da velocidade do vento. O presente trabalho tem por objetivo analisar o comportamento de dois tipos de aerogeradores que utilizam gerador de indução e sua interação com o sistema elétrico de potência. Os aerogeradores assíncronos analisados são o de velocidade variável com gerador de indução duplamente alimentado (Doubly-Fed Induction Generator-DFIG) e o de velocidade fixa com gerador de indução de rotor de gaiola de esquilo (Squirrel Cage Induction Generator-SCIG). O caso de estudo está baseado no parque eólico Jepirachi na Colômbia, o qual na atualidade tem aerogeradores de velocidade fixa. Para isto inicialmente foi feita a modelagem do parque eólico considerando alguns parâmetros dos aerogeradores comerciais de velocidade variável e velocidade fixa, junto com os principais componentes da rede elétrica da região para obter uma aproximação da mesma. Posteriormente realizaram-se simulações computacionais para obter o comportamento do sistema elétrico de potência alimentado por estes tipos de aerogeradores. Finalmente, foi realizada uma análise dos efeitos que produzem cada tipo de máquina, no fluxo de potência e no nível de tensão da rede elétrica funcionando em regime permanente, considerando os distúrbios ocasionados pelas mudanças da velocidade do vento.
The generation of electricity from renewable sources is increasing, one of the largest growth is the wind power. However the installation of the machines that leverage this resource could bring some problems to the grid due to the intermittency of the wind speed. This work analyzes the behavior of variable speed wind turbines with Doubly-Fed Induction Generator (DFIG) and fixed-speed wind turbines with Squirrel Cage Induction Generator (SCIG). The case study is based in Jepirachi wind farm in Colombia, that at the present has fixed-speed wind turbines with Squirrel Cage Induction Generator (SCIG). To do this study, initially the modeling of the wind farm considering some parameters of commercial wind turbines with variable speed and fixed speed, also modeling the main components of the electric grid of the region to obtain an approximation of it, after computer simulations we made in order to obtain the behavior of the electric power system powered by these types of turbines. Finally the analysis of the effects produced by each type of machine, in the power flow and the voltage level of the grid operating in steady state, but considering the disturbances caused by changes in wind speed are made.

Ingeniero Civil Eléctrico
Las tecnologías ERNC han ido en aumento a nivel mundial en el último tiempo, diferentes operadores de sistemas se han enfrentado a nuevos desafíos para mantener la estabilidad del sistema, particularmente, la estabilidad de frecuencia, donde la inserción masiva de generación renovable empeora la respuesta en frecuencia del sistema producto de la conexión vía conversor en el caso de centrales fotovoltaicas y eólicas. Chile no es la excepción, según los informes del Servicio de Evaluación Ambiental (SEA), existen gran cantidad de proyectos ERNC, tanto para el Sistema Interconectado Norte Grande (SING) como para el Sistema Interconectado Central (SIC) que pretenden entrar en operación en el sistema. Por ello se hace necesario investigar con estudios dinámicos los posibles problemas ante la inserción masiva de nuevas tecnologías renovables, y también poder mitigar los diferentes problemas, en particular la respuesta inercial, la cual es empeorada ante la inserción masiva de ERNC conectadas vía conversor. Dado lo anterior, se trabaja en un escenario proyectado al año 2030, con el fin de evaluar la estabilidad en frecuencia en el sistema SIC-SING interconectado frente a una alta generación eólica. El estudio consiste en hacer un análisis de sensibilidad para diseñar esquemas de control inercial adecuado a los generadores eólicos DFIG para poder contribuir a la respuesta inercial del sistema ante contingencias, y por consiguiente, mejorar la respuesta en frecuencia del sistema, manteniendo la estabilidad de este. Se implementan 3 esquemas de control inercial en los DFIG, el primero de ellos, el control droop, el cual mejora el punto mínimo de frecuencia (Nadir) que se alcanza ante desbalances carga/generación. Se obtuvo que la mejor respuesta inercial se alcanza cuando el control droop tiene valores de 16% para el estatismo y una constante de tiempo de 20 segundos para el filtro pasa alto. Se mejora un 3,05% los índices de desempeño ponderados en comparación con el caso base. El segundo esquema de control, el control inercial derivativo, mejora principalmente la tasa de cambio de la frecuencia (ROCOF), donde se obtuvo que la mejor respuesta inercial se alcanza cuando las variables constante de inercia y constante de tiempo del filtro pasa bajo toman valores de 12 y 2 segundos respectivamente. Con estos valores se ve una mejora del 4,67% en los índices de desempeño ponderados. Finalmente el esquema de control, que combina los dos controles anteriores, presenta mejoras tanto en el ROCOF como en el Nadir, sin embargo empeora el error en régimen permanente. Se tiene que sus valores óptimos son para el estatismo igual a 25% y constante de inercia de 12 segundos. Con los valores óptimos, se tiene una mejora del 4,34% en los índices de desempeño ponderados, en comparación con el caso base. Se determinó que el mejor esquema de control a implementar en los DFIG para el escenario proyectado, es el control inercial derivativo, que presenta el mejor valor de índices ponderado.

En el presente informe, se realiza un estudio del desarrollo de una planta generadora de energía eólica en el territorio peruano.
In this report, a study was make for develop a wind power plant in Peru.
Trabajo de investigación

Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andre da Silva Correa.pdf: 3150015 bytes, checksum: 8df17c41e03f4cea1d464cb6c5d5b970 (MD5) Previous issue date: 2015-02-20
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
Given the increased contribution of wind farms under complementarity the generating units of electricity derived from petroleum, thermoelectric or hydroelectric energy matrix constituents of countries around the world, this dissertation investigates the advantages and disadvantages between the two main topologies currently used by rogue wind generation. Comparisons between the Doubly Fed Induction Generator and Permanent Magnet Generator are developed in order to establish the different dynamic behavior of each type of wind unit. The constituent parts of wind turbines are studied, performed the modeling and usual control methods are discussed. The simulations were performed in a computer program Matlab / Simulink® whose control models were developed according to the literature, as well as the respective block diagrams for each model.
Diante do crescimento da contribuição dos parques eólicos em regime de complementaridade às unidades geradoras de energia elétrica derivadas de petróleo, termoelétricas ou hidroelétricas constituintes da matriz energética de países espalhados pelo mundo, a presente dissertação de mestrado investiga as vantagens e desvantagens entre as duas principais topologias utilizadas atualmente para geração eólica. São estabelecidas comparações entre o Gerador de Indução Duplamente Alimentado e o Gerador de Ímãs Permanentes, a fim de se estabelecer os diferentes comportamentos dinâmicos de cada tipo de unidade eólica. São estudadas as partes constituintes de aerogeradores, realizadas as modelagens e discutidos os métodos de controle usuais. As simulações foram realizadas em programa computacional Matlab/Simulink®, cujos modelos de controle foram desenvolvidos de acordo com a literatura, assim como os respectivos diagramas de bloco para cada modelo.

Ingeniero Civil Eléctrico
En el marco de la creciente inserción de energías renovables no convencionales en los sistemas eléctricos de Chile, específicamente en el sistema interconectado central (SIC), los parques eólicos lideran el plan de nuevas instalaciones. La información disponible en el servicio de evaluación ambiental (SEA) da cuenta de la gran cantidad y magnitud de proyectos eólicos en estudio, que pretenden comercializar energía en el SIC, lo cual induce modificaciones sustantivas en la estructura del parque generador. Como consecuencia, resulta necesario realizar estudios dinámicos a fin de analizar los efectos que una inserción masiva de estas nuevas tecnologías podría provocar en la operación del sistema; y las posibilidades de atenuar eventuales efectos negativos. En particular, es un hecho comprobado que la respuesta inercial del sistema se ve deteriorada frente a la introducción de generadores eólicos debido a la inyección de potencia mediante convertidores de electrónica de potencia. En razón de lo expuesto, este trabajo busca analizar la estabilidad de frecuencia del SIC proyectado al año 2019 frente a un escenario de alta penetración eólica. El análisis se complementa con la incorporación de un método que provee de respuesta inercial a los generadores eólicos mediante control de conversor, y les otorga la posibilidad de contribuir en la respuesta inercial del sistema frente a contingencias. El método utilizado consiste en un lazo de control que modifica la consigna de potencia entregada al conversor, en un valor proporcional a la derivada de la frecuencia del sistema, a fin de que la inyección de potencia activa sea sensible a las fluctuaciones de frecuencia. El estudio es realizado mediante el software Digsilent, modelando cada uno de los componentes del SIC, los parques eólicos y el esquema de control señalado. Además, dada la matriz hidro-térmica del SIC, el estudio incluye el planteamiento de dos escenarios hidrológicos extremos, que redundan directamente en la cantidad de centrales térmicas e hidráulicas en servicio. Los resultados obtenidos muestran un deterioro importante en el desempeño de la frecuencia del sistema frente a una gran penetración eólica en el caso en que los aerogeneradores no cuenten con control de respuesta inercial. Además, se evidencia una recuperación de la respuesta en frecuencia del SIC al incluir el control desarrollado. En particular, para el escenario húmedo se observa una mejora de un 60% en los índices evaluados, con respecto al caso de estudio que no incorpora métodos de respuesta inercial en los aerogeneradores, gracias a la capacidad de regulación primaria que proveen las centrales hidráulicas. Sin embargo, en el escenario de sequía se observa un peor desempeño, debido a la limitada capacidad de regulación del sistema.

En el presente trabajo de título se analiza teórica y experimentalmente el funcionamiento de una máquina de inducción de jaula de ardilla, operando como generador de un aerogenerador conectado a la red. El objetivo es analizar y caracterizar el comportamiento del aerogenerador, determinando valores de velocidad límites de operación, en la zona de generador de la máquina de inducción. En efecto, una máquina de inducción de jaula de ardilla simple, debe operar a velocidad mayor a la síncrona para generar; y a su vez, la máquina no debe superar determinado valor de velocidad, para evitar elevadas corrientes que la dañarían por temperatura. Para estudiar experimentalmente este comportamiento, como máquina motriz se utiliza un motor de corriente continua, el cual emula a la hélice del aerogenerador movida por el viento. De esta forma, se obtienen experimentalmente los parámetros de la máquina de inducción y su rango de generación, que resulta ser relativamente pequeño (1500 a 1516 [rpm] en el caso estudiado). Con los parámetros mencionados, se realizan cálculos en base a modelos simplificados, para comparar los resultados experimentales con los teóricos y asegurar la confiabilidad del modelo. Para ampliar el rango útil de velocidades de generación antes obtenido, se realizan pruebas experimentales conectando el generador a la red mediante un variador de frecuencia y empleando una máquina de inducción de rotor bobinado. En el primer caso, se muestra que controlando la frecuencia del variador, es posible generar en un amplio rango de velocidades. Y en el caso de rotor bobinado, se encuentra que agregando resistencias al rotor también se obtiene una ampliación en el rango de velocidades de generación, pero menos significativa que con el variador de frecuencia. Finalmente, se hace una aplicación teórica para una instalación donde se conoce el régimen de viento y la curva de demanda. Primero se especifican la hélice y el generador, y luego – mediante modelos de la hélice y del generador – se evalúa el rango de velocidades en que se puede generar, tanto para el generador conectado directo a la red, como también conectado mediante un variador de frecuencia. Al evaluar el ahorro de energía que se logra, se concluye que la solución propuesta con variador de frecuencia es notablemente mejor y se justifica estudiarla en más detalle en un trabajo próximo.

A pesar de la creciente utilización de energías alternativas en el mundo y de las ventajas que presenta la energía eólica, en Bolivia el aprovechamiento de este tipo de energía es mínimo. Para la generación de energía eléctrica a partir de energía eólica se consideran turbinas, las cuales, acopladas a un generador, logran convertir esta energía para ser aprovechable. Considerando que el generador presente en el mercado boliviano es el de inducción de jaula de ardilla, este se toma en cuenta en el presente proyecto. Dado que las turbinas eólicas pueden trabajar a velocidad fija o variable para aprovechar el recurso eólico, el proyecto de grado propone un esquema de control para una turbina eólica de velocidad variable con generador de inducción de jaula de ardilla orientado a su implementación en un dispositivo procesador digital de señales. La técnica de control con la que se trabaja es el control vectorial indirecto y para ella es necesario conocer los modelos matemáticos tanto de la turbina eólica como del generador de inducción de tipo jaula de ardilla, y para controlar este sistema, es necesario adicionar una etapa de potencia. La topología para la etapa potencia a considerar es la conversión denominada ‘back to back’ que se compone de un rectificador del lado del generador y de un inversor del lado de la red. Dicha topología permite el control separado de las variables de lado del generador y del lado de la red. Para conectar, en el desarrollo del modelo, la turbina eólica con generador de jaula de ardilla se empleó la etapa de potencia descrita en base a componentes IGBT, los cuales se controlan mediante modulación vectorial espacial (SVM), de la cual también se propone un algoritmo para su implementación en un dispositivo digital. Con objeto de validar el conjunto de algoritmos y de comprobar el desempeño esperado de la etapa de control, se desarrolla una simulación en ‘Simulink’ de ‘Matlab’ donde se implementan los modelos matemáticos de la turbina y el del generador, la electrónica de potencia y los algoritmos de control obteniéndose resultados de simulación de acuerdo a requerimientos dados

La energía eléctrica es un recurso necesario en la vida de todos, verificándose que la demanda energética de un país se encuentra, por lo general, correlacionada con su PIB. Lo anterior conlleva a la instalación o reposición de nuevas centrales de energía eléctrica y a la necesidad de aumentar la eficiencia del sistema. En este contexto se introducen las tecnologías de generación distribuida (GD), basadas en energía renovable. Estas tecnologías corresponden a centrales de mediana y pequeña escala, que se encuentran conectadas directamente a los sistemas de distribución. Pueden ser propiedad de los consumidores o de las empresas distribuidoras y entregan sus excedentes de generación al sistema. Debido a su favorable ubicación, la GD puede ayudar a mejorar la calidad de servicio necesaria para los consumos. Esto es posible si existe una correcta ubicación, conexión y coordinación de la GD. En este contexto se introduce el concepto de Generador Virtual (GV), ente encargado de la coordinación de la operación de distintas unidades de GD, de manera de optimizar su desempeño conjunto. El objetivo principal del presente trabajo de título es disponer de una metodología para determinar la ubicación óptima de un GV. Para ello, se efectúa un estudio detallado de las tecnologías implementadas en GD, en particular aquellas que utilizan recursos renovables. Se establecen las condiciones necesarias para determinar el mejor emplazamiento, basado en las características del recurso energético primario con datos estadísticos y las características de las redes de distribución (ubicación y capacidad). Con el fin de estipular los parámetros que determinan el punto de conexión a la red, se estudia la influencia de la GD en el sistema, como son: la influencia que ejercen los GD en los niveles de tensión en los distintos nodos donde se encuentran insertos, la reducción de pérdidas óhmicas relacionadas con la combinación de GD y servicios que pueden proporcionar un GV (regulación de tensión, continuidad de suministro, etc. los que entregan una mayor rentabilidad a este tipo de energías). Si bien la metodología es validada en forma conjunta, se presenta su aplicación a casos específicos de energía solar, eólica, biomasa y minihidráulica en la localidad de Ovalle y Salamanca. Los resultados obtenidos corroboran el potencial de aplicación práctica de la propuesta. Por último, como trabajo a futuro se recomienda establecer los niveles máximos de penetración de las distintas tecnologías en una red de distribución y desarrollar modelos que representen los efectos de combinar diversas tecnologías de GD en una misma red.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
This dissertation addresses the main problems related to doubly-fed induction generators (DFIG) connection to grids with unbalanced voltages. Series compensation is used to achieve balanced voltage on the stator of the machine, avoiding torque oscillations and high currents due to the grid voltage unbalance. The DC-link voltage control proposed reduces the complexity of the converter when compared to the alternatives considered in the literature. The close to no-load operation of the DFIG is also depicted. Simulation results for a commercial large scale generator are presented to demonstrate the performance of the system with the proposed controller.
Esta dissertação trata dos principais problemas relacionados à conexão de geradores duplamente alimentados à rede elétrica com tensões desequilibradas. Compensação série é usada para equilibrar as tensões no estator da máquina, evitando oscilações de conjugado e altas correntes de seqüência negativa devido aos desequilíbrios das tensões no ponto de conexão do gerador. O controle da tensão do barramento CC é proposto tal que é possível reduzir a complexidade do conversor quando comparado com outras alternativas apresentadas na literatura. A operação próximo à carga nula é apresentada. Resultados de simulação para um gerador em escala comercial são apresentados para demonstrar o desempenho do sistema proposto.

El present treball de tesi doctoral tracta sobre la utilització d'una màquina asíncrona, amb un rotor de gàbia d'esquirol estàndard i un estator amb dos debanaments independents amb diferent nombre de pols, per a l'obtenció d'energia elèctrica a partir d'un sistema motriu accionat per una turbina eòlica. S'ha desenvolupat un prototip i el model matemàtic, s'han realitzat simulacions i assajos experimentals per demostrar la validesa del generador. Així mateix, s'ha realitzat el disseny de l'etapa de control de la màquina. En el generador s'utilitza un dels debanats per a controlar la producció d'energia elèctrica en règim de baixa velocitat a través d'un convertidor bidireccional, el qual pot estar connectat a un bus de contínua o a la xarxa elèctrica. L'altre debanat proporciona directament l'energia elèctrica a la xarxa, de forma conjunta al primer, a partir d'un cert valor de velocitat. Aconseguint-se una òptima eficiència per a diferents condicions de velocitat del vent i una bona qualitat de l'energia elèctrica subministrada. És la principal novetat d'aquest treball, la utilització d'aquest tipus de màquina per a l'aprofitament de l'energia eòlica en un rang de velocitat variable, amb la utilització d'un control senzill i en llaç obert en el control del convertidor del costat del generador.
El presente trabajo de tesis doctoral trata sobre la utilización de una máquina asíncrona, con un rotor de jaula de ardilla estándar y un estátor con dos devanados independientes con diferente número de polos, para la obtención de energía eléctrica a partir de un sistema motriz accionado por una turbina eólica. Se ha desarrollado un prototipo y el modelo matemático, se han realizado simulaciones y ensayos experimentales para demostrar la validez del generador. Así mismo, se ha realizado el diseño de la etapa de control de la máquina. En el generador se utiliza uno de los devanados para controlar la producción de energía eléctrica en régimen de baja velocidad a través de un convertidor bidireccional, el cual puede estar conectado a un bus de continua o a la red eléctrica. El otro devanado proporciona directamente la energía eléctrica a la red, de forma conjunta al primero, a partir de un cierto valor de velocidad. Lográndose una óptima eficiencia para diferentes condiciones de velocidad del viento y calidad en el suministro de energía eléctrica. Siendo la principal novedad del presente trabajo, la utilización de este tipo de máquina para el aprovechamiento de la energía eólica en un rango de velocidad variable, con la utilización de un control sencillo y en lazo abierto en el control del convertidor del lado del generador.
The present doctoral dissertation deals with the use of an asynchronous machine, with a standard rotor squirrel cage and a stator with two independent windings with a different number of poles, for obtaining electrical energy from a motor system powered by a wind turbine. We have developed a prototype and the mathematical models; we have performed simulations and have undertaken experimental tests to demonstrate the effectiveness of the generator. We have also designed the machine control stage. In the generator, one of the windings is used to control the production of electricity in a low-speed regime through a bidirectional converter, which can be connected to a DC bus or to the mains. The other winding provides power directly to the mains, together with the previous winding, when reaching a given speed value, thereby achieving optimum efficiency for different wind speed conditions and quality in the power supply. The main new development is the use of this type of machine for the exploitation of wind energy in a variable speed range with the use of a simple open-loop control.

Dentre as fontes de energia renováveis utilizadas para geração de energia elétrica a que mais se destaca atualmente e a energia eólica. 0 crescente índice de penetração da geração eólica na matriz energética dos sistemas de potencia impõe a necessidade da revisão de conceitos anteriormente estabelecidos sobre a estabilidade de sistemas de potencia, uma vez que ainda não e perfeitamente compreendida a influencia de uma maior integração deste recurso no comportamento dos sistemas de potencia. Este trabalho tem como foco o estudo da estabilidade de sistemas com aerogeradores de velocidade fixa equipados com geradores de indução de rotor em gaiola. E estudada a estabilidade angular de um sistema de geração eólica equipado com aerogeradores desta natureza. O problema da estabilidade foi decomposto em três partes: estabilidade estática, estabilidade dinâmica e estabilidade transitória. São definidos os modelos dos componentes do aerogerador para cada um dos estudos realizados. A topologia adotada á a máquina Barramento Infinito (MBI), na qual o restante do sistema de potência a representado pelo seu equivalente de Thevenin. Esta topologia típica de analise de estabilidade de sistemas de potencia e adotada por permitir a obtenção de resultados analíticos para as analises estática e dinâmica. A analise transitória se dá através de simulações computacionais. A fim de manter um caráter mais geral para os resultados as simulações são realizados com três aerogeradores de características distintas. Os resultados obtidos permitem uma melhor compreensão da influencia sobre a estabilidade do sistema de geração eólica dos parâmetros de rede do sistema de potencia como: potencia de curto-circuito do ponto de conexão comum com o sistema de potencia, relação X/R da linha de transmissão e do capacitor de compensação de fator de potencia.
Among the renewable energy sources used to generate electric power one of the most important at this time is the wind power. The growing penetration index of wind power in the power systems energetic matrix leads to the necessity of a reevaluation of the concepts previously established about the stability of power systems, since the influence of a major integration of this resource in the behavior of power systems is not perfectly understood. This work focuses on the stability study of wind power systems equiped with fixed-speed squirrel-cage induction generators. The angular stability of a wind generation system equipped with wind generators of this nature is studied. The stability problem was decomposed in three parts: static stability, dynamic stability and transient stability. The models of the components of the wind generator are defined for each of the studies. The considered topology was an Induction Generator Infinite Bus System (IBM), where the rest of the power system is represented by it’s Thévenin equivalent. This is a typical topology in power systems stability analysis and is adopted in this work aiming at obtaining analytical and general stability results. The transient analysis is performed by computer simulations. In order to provide more generatily to the stability results, all simulations are conducted with three wind generators with distinct characteristics. The obtained results allow a better comprehension about the influence, on the stability of wind power systems, of power system network parameters as: short-circuit capacity of the common connection point with the power system, the X/R relation of the transmission line and the power factor compensation capacitor.

A comunidade internacional vem continuamente alertando sobre os riscos ambientais advindos da emissão de gases de efeito estufa. Considerada uma alternativa limpa, segura e de baixo impacto ambiental, a energia eólica tem se tornado uma alternativa para geração de eletricidade. No Brasil, tem-se realizado grandes investimentos na construção de parques eólicos e seu contínuo crescimento tem motivado a realização de estudos que proponham melhorias no funcionamento do sistema. Devido à característica inconstante do vento, os aerogeradores comerciais utilizados nos parques eólicos frequentemente possuem conversores de potência, desta forma, apresentam características diferentes em relação a sistemas de geração convencionais quando da ocorrência de faltas internas. Este estudo propõe a análise de transitórios eletromagnéticos em aerogeradores que utilizam geradores síncronos associados a conversores de potência, com ênfase nas faltas internas. Para tanto, foi realizado o equacionamento dinâmico do sistema que representa o aerogerador conectado à rede através do conversor back-to-back. A partir das funções de transferências obtidas, foram definidos os ajustes para os controladores através do método simétrico ótimo. Para a validação do sistema de controle foi elaborado o modelo computacional do sistema, a partir do qual foram gerados resultados que possibilitam melhor compreensão da atuação dos controladores e das formas de onda do sistema. Por fim, foram aplicadas faltas em diversos pontos do sistema, gerando como resultados gráficos que apresentam a interação entre as proteções dos conversores, local de ocorrência das faltas, resistência de falta e as grandezas analisadas.
The international community has been continuously warning of environmental risks arising from greenhouse gas emissions. For being considered as a clean, safe and low environmental impact alternative, wind energy has been considered attractive for electricity generation. Brazilian government have made great investments in the construction of wind farms, and its continued growth has motivated studies proposing improvements for the wind power generation systems. Commercial wind turbines used in wind farms, often employ power converters, behaving different from conventional electromechanical generation systems in the event of internal faults. This study proposes the analysis of electromagnetic transients in wind turbines that use synchronous generators in association with power converters, with emphasis in internal faults. For this, the dynamic behaviour of the system representing the wind turbine connected to the network through the backto-back converter was performed. Based on the transfer functions obtained, the settings for the controllers were defined by the optimal symmetric method. In order to validate the control system a computational model was elaborated, from which graphics were generated, allowing a better understanding of the controllers actuation and the waveforms of the system. Finally, faults were applied in multiple points of the system, generating as results, graphs that show the interaction between the protections of the converters, place of occurrence of faults, fault resistance and the parameters analyzed.

Las energías renovables constituyen un recurso importante en el mundo ya que no contaminan el ambiente en comparación con los recursos fósiles. En el mundo se cuenta con un gran potencial de fuentes de energía renovables como el agua (energía hidráulica), los desechos (biomasa), aire (energía eólica), entre otros. Sin embargo, el potencial total de estas energías no son aprovechadas debido a factores como costos, falta de lugares idóneos para su implementación y factores que pueden afectar en muchos casos el hábitat de los animales. En el Perú, el potencial teórico de energía eólica es de alrededor de 22 000 MW contra una capacidad instalada de 239 MW, lo cual representa 1 % del total que se podría obtener. Las principales barreras para un mayor aprovechamiento del potencial eólico son los costos y la tecnología. Dado que el potencial de energía eólica y su crecimiento está basado en la altura de las torres de los aerogeneradores, su desarrollo se ve impedido por el transporte y la maquinaria necesaria para su instalación a más de 100 m de altura. Por ello, en el presente trabajo se desarrolla el diseño de un sistema generador de electricidad con una estructura tipo cometa como dispositivo para captar la energía cinética del aire a alturas mayores a 100 m. El diseño cuenta con una cometa que está unida mediante cables a una unidad de control que cuenta con dos motores DC que modifican el perfil de la cometa para controlar su trayectoria. La unidad de control se une también mediante cables a una estación en tierra donde se encuentra un tambor que transmite el movimiento al generador. En la estación en tierra se ubica un motor AC para retornar la cometa una vez que esta haya alcanzado la altura máxima de operación. El generador se conecta a un banco de baterías para almacenar la energía producida. El control de la trayectoria se realiza mediante un control en tiempo real y módulos de posicionamiento, así como sensores de velocidad de viento, sensores de fuerzas, temperatura y voltaje para asegurar la seguridad del sistema. La metodología del diseño propuesto se delimita a partir del estado del arte encontrado. Luego, se definen los conceptos de solución y se evalúa el concepto de solución óptimo. Se realiza también una evaluación de los sensores y actuadores a usar a partir de los requerimientos establecidos, y se define una estrategia de control para la trayectoria en la generación de energía. El resultado final del diseño se muestra en las ilustraciones del documento y planos.
Tesis

Ingeniero Civil Eléctrico
El generador de inducción doblemente alimentado es una tecnología relativamente nueva y se prevé una fuerte inserción en el mercado durante los próximos años debido a su aplicación en la generación eólica. El objetivo de esta memoria es analizar la factibilidad de su utilización en otras fuentes de energía renovables, como la hidráulica y la del mar, y comparar los resultados con las tecnologías tradicionalmente utilizadas en esas centrales, dentro del ámbito de la generación a velocidad variable y frecuencia fija. Para esto se realiza un estudio teórico, luego se simula el desempeño del DFIG y finalmente se desarrolla un anteproyecto para una aplicación en Chile. La comparación teórica arroja ventajas del DFIG en costos de construcción y operación, mientras que se ve mermado en costos y dificultad de mantención. Así, su utilización es recomendada para potencias medias y altas, es decir, en aplicaciones eólicas o de corrientes marinas. En otras fuentes la potencia extraíble no es suficiente para que su uso sea óptimo. De las simulaciones se obtienen factores de planta altos para las corrientes marinas (40,6%) y olas (30,2%). Para aplicaciones eólicas el factor es realista (28,5%) mientras que en lechos de ríos se descarta la aplicación debido a la baja eficiencia (20,9%). Con los resultados de las simulaciones se realizan evaluaciones económicas considerando escenarios con y sin inflación, emisión de bonos de carbono y ventas de cuotas ERNC. Los resultados entregan resultados positivos sólo para la energía eólica y las corrientes marinas, destacándose que para este último recurso los VAN y TIR son los mejores en cada escenario. También se debe destacar que en todos los casos es necesaria la venta de cuotas ERNC para que los proyectos sean económicamente viables, mientras que la emisión de bonos de carbono no es trascendental. Finalmente, se evalúa la construcción de una central de aprovechamiento cinético de las mareas en el Canal de Chacao, compuesta de 40 turbinas de 2,5 MW cada una, obteniendo un factor de planta superior al 41% y resultados económicos muy positivos (VAN cercano a los 40 millones de USD, TIR 16% y PRC de 7 años). Así se confirma la buena proyección de este tipo de aplicación del DFIG y se recomienda en lo inmediato mejorar la calidad de las mediciones que se disponen en Chile, así como las estimaciones de los costos de inversión, operación y mantenimiento, debido a que son las variables más sensibles en el análisis y de las que menos certeza se tiene.

Made available in DSpace on 2017-07-10T17:11:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MARCOS GUILHERME ZANCHETTIN.pdf: 1368217 bytes, checksum: 2ad7e15a270a9abefc8d6f85f3ba01e0 (MD5) Previous issue date: 2012-04-25
The wind generation has stood out among the alternative sources and has experienced a high rate of penetration through the years. Thus, the electrical connection of wind power generation must be analyzed in detail to avoid or minimize the problems inherent this type of source can cause in electric power systems (SEP) and thereby preserve the voltage quality indicators and reliability. This paper deal about the integration of wind farms in SEP, equipped with squirrel-cage induction generator based fixed speed wind turbines (AVV-SCIG) and doublyfed induction generator based variable speed wind turbines (AVV-DFIG). The limits of integration of wind energy generation, i.e., the amount of power that the wind farm can provide the point-of-common-connection (PCC) while complying with certain interconnections requirements, are obtained considering static and transient aspects of the connection of wind farms. The topology adopted to represent, in a simplified way, the local characteristics of the connection between the wind farm and the SEP, as well as characterize the integration of wind generation from the parameters of the PCC, is the single machine infinite-bus system (MBI). Throughout the text also are presents the models used to represent the wind turbine and wind farm in studies of power systems, the main criteria specified to connection of this type of source in SEP and the main issues dealing with the problem of integration of generation wind. The analyzes aim to assess how the wind energy generation is impacted by technical criteria that consider static and transient aspects of the connection of wind farms, the technology used in energy conversion, the control strategy/operation and the characteristics of PCC. The results obtained allow to define which the stricts conditions for the integration of wind energy generation. For these analyzes are considered the criteria of the maximum allowable voltage variation at the connection point of the wind farm, the power range for the maximum transferable power to the electrical system and the fault ride through capability.
A geração eólica vem se destacando entre as fontes alternativas e tem experimentado um elevado índice de pene- tração ao longo dos anos. Assim, a conexão elétrica de parques eólicos precisa ser analisada detalhadamente a fim de evitar ou minimizar os efeitos que os problemas inerentes desse tipo de fonte, geração eólica, podem causar em sistemas elétrico de potência (SEP) e com isso preservar os indicadores de qualidade de tensão e confiabilidade. Este trabalho trata da integração de centrais eólicas em SEP, equipadas com aerogeradores de velocidade fixa com gerador de indução de rotor em gaiola (AVF-SCIG) e aerogeradores de velocidade variável com gerador de indução duplamente alimentado (AVV-DFIG). Os limites de inserção de geração eólica, i.e., a quantidade de potência que o parque eólico pode fornecer ao ponto comum de conexão (PCC) tendo que atender certos critérios da integração, são obtidos considerando aspectos estáticos e transitórios da conexão de centrais eólicas. A topologia adotada para representar, de maneira simplificada, as características locais de conexão entre o parque eólico e o SEP, assim como caracterizar a inserção de geração eólica a partir dos parâmetros do PCC, é o modelo máquina barra-infinita (MBI). Ao longo do texto também são apresentados os modelos empregados para representar tanto o aerogerador quanto o parque eólico em estudos de sistemas de potência, os principais critérios especificados para a conexão desse tipo de fonte em SEP e as principais questões que tratam do problema de inserção de geração eólica. As análises têm por objetivo avaliar como a inserção de geração eólica é impactada por critérios técnicos que consideram aspectos estáticos e transitórios da conexão de centrais eólicas, pela tecnologia empregada na conversão de energia, pela estratégia de controle/operação e pelas características do PCC. Os resultados obtidos permitem definir quais as condições mais severas à inserção de geração eólica. Para estas análises são considerados os critérios da máxima variação de tensão admissível no ponto de conexão da central eólica, a margem de potência relativamente à máxima potência transferível ao sistema elétrico e a capacidade de sustentação durante faltas.

Orientador: Prof. Dr. Ahda Pionkoski Grilo Pavani
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2014.
O ilhamento não intencional ocorre quando a proteção não é capaz de detectar a operação ilhada de parte do sistema de distribuição. Estas falhas ocorrem para condições específicas de geração e carga do subsistema ilhado, nas quais as variações de tensão e frequência após o ilhamento não são suficientes para sensibilizar a proteção. Neste trabalho é apresentada uma metodologia para o cálculo do índice de risco de ilhamento não intencional de geradores eólicos distribuídos, considerando que estes geradores empregam relés de sub/sobrefrequência e sub/sobretensão para proteção anti-ilhamento. A metodologia desenvolvida utiliza curvas características de velocidade de vento de uma região e curvas de carga para identificar as possíveis condições de operação do sistema. Com a aplicação da metodologia proposta é possível avaliar o risco da proteção anti-ilhamento baseada em relés de sub/sobretensão e sub/sobrefrequência não detectar o ilhamento. Como resultado, a concessionária poderá avaliar se somente a proteção anti-ilhamento baseada nestes relés é suficiente, ou se devido ao alto risco de não detecção esquemas mais sofisticados devem ser empregados.
The unintentional islanding occurs when the protection is not able to detect the islanded part of the distribution system operation. These failures occur for specific conditions of generation and load islanded subsystem in which the variations of voltage and frequency after islanding are not sufficient to sensitize protection. In this work a methodology to calculate the unintentional islanding risk index of distributed wind generators is presented, considering that these generators employ under/overfrequency and under/overvoltage protection relays for anti-islanding. The methodology uses the characteristic curves of wind speed in a region and load curves to identify the possible operating conditions of the system. Proposed methodology can assess the risk of anti-islanding protection based on under/overvoltage and under/overfrequency relays not detect islanding condition. As a result, the utility can only assess whether the anti-islanding protection based on these relays is sufficient, or if due to the high risk of failure to detect more sophisticated schemes must be employed.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
The growing global demand for electricity, increasing scarcity of the conventional energy sources and the need to reduce environmental impacts contributed to the pronounced development of new technologies based on clean and renewable energy sources. In this context, the wind power is the technology that has had a greater development in recent decades. This source has played an important role in the advancement of alternative sources in the world energy matrix, because the technology is already consolidated and is economically viable. Accompanying the technological development of the alternative sources, the induction generator has stood out among the generators with the technology best suited to generating electricity for isolated energy systems. With this motivation, this thesis proposes a new configuration for an isolated wind energy conversion system using variable speed turbines, in which the induction generator is electronically excited by means of a static compensator. Also, the generator is associated to a shunt active filter for compensation of non-linear and unbalanced loads, and with a battery bank for energy storage and DC bus stabilization. It is also discussed the main problems with the induction generator related to the magnetization characteristic and its dynamic model, and the proposed solutions to mitigate these problems. The results confirm the effectiveness of the proposed wind energy conversion system, showing its operational capability with variable load and variable turbine speed. Finally it is presented the main conclusions of this work and suggestions for future works in the same line of research.
O crescente aumento da demanda mundial de energia elétrica, a escassez cada vez maior das fontes convencionais de energia e a necessidade de redução dos impactos ambientais contribuíram para o acentuado desenvolvimento de novas tecnologias baseadas em fontes limpas e renováveis. Neste contexto, a energia eólica foi uma das tecnologias que mais se desenvolveu nas últimas décadas. Esta fonte tem desempenhado importante papel no avanço das fontes alternativas na matriz energética mundial, pois é uma tecnologia já consolidada e viável economicamente. Acompanhando o desenvolvimento tecnológico das fontes alternativas, o gerador de indução tem se destacado dentre as tecnologias de geradores mais adequadas para sistemas isolados de geração de energia elétrica. Com esta motivação, esta tese propõe uma nova configuração de conversão de energia eólica isolada, utilizando turbinas de velocidade variável, na qual o gerador de indução é excitado eletronicamente por meio de um compensador estático. Ainda mais, o gerador é associado a um filtro ativo shunt para a compensação de cargas não-lineares e desbalanceadas e a um banco de baterias para armazenamento de energia e estabilização do barramento cc, comum aos conversores. São discutidos os principais problemas relacionados ao gerador de indução para esta aplicação através da característica de magnetização e do seu modelo dinâmico, com as soluções propostas para mitigar estes problemas. Os resultados práticos e de simulação obtidos comprovam a efetividade da configuração de conversão de energia eólica proposta, mostrando a capacidade de operação do gerador com carga variável e velocidade variável da turbina. Por fim são apresentadas as principais conclusões e sugestões para trabalhos futuros na mesma linha de pesquisa.

El aumento del aporte energético por parte de las centrales eólicas dentro de la matriz de energías renovables no convencionales de Chile, crea la imperiosa necesidad de desarrollar herramientas que ayuden a gestionar el funcionamiento de parques eólicos, y en particular de los aerogeneradores que lo componen, con el fin de hacer más eficiente la integración y manejo en el sistema interconectado. En esta línea, el propósito de este trabajo es desarrollar un modelo predictivo para la potencia generada en un aerogenerador en base a series de tiempo históricas de variables atmosféricas del lugar donde éste se encuentra. El trabajo de memoria presenta los resultados de la implementación de un modelo SARIMA (siglas en inglés de Seasonal Auto Regressive Integrated Moving Average) y un modelo de persistencia, para predicción de velocidad de viento a horizontes de tiempo de uno y cinco pasos en una escala de tiempo de una hora por cada paso, resultados que luego son transformados a potencia eléctrica por medio de la curva de potencia del aerogenerador considerado. La investigación conecta los campos de la física, generación de energía y de teoría de estimación. Mientras que el primero aporta las ecuaciones con las cuales se describe el viento en la atmósfera y el segundo aporta la base técnica con la cual se relaciona la velocidad del viento con la potencia generada por un aerogenerador, el tercero entrega las herramientas para poder realizar predicción a distintos horizontes por medio de series de tiempo. Por ello, el reporte comienza por los fundamentos físicos que describen la velocidad del viento en la atmósfera, para seguir con los principios técnicos de un aerogenerador y continúa mencionando técnicas utilizadas en el ámbito de la predicción. Además, se trabaja con datos muestreados durante el año 1990 en la localidad de Punta Lengua de Vaca y que fueron obtenidos por el proyecto EOLO del Departamento de Geofísica de la Universidad de Chile. Los resultados de este trabajo permitieron conocer las limitaciones, ventajas y desventajas que poseen tanto el modelo de persistencia como los modelos SARIMA en el ámbito de predicción. En la misma línea, se cuantificó por medio de indicadores de desempeño la exactitud en las predicciones realizadas usando ambos modelos, para finalmente compararlos bajo distintos horizontes de predicción y usando datos de distintos lugares. Finalmente se concluye que el modelo SARIMA puede ser utilizado para predicción de potencia generada en un aerogenerador y que, en comparación con el modelo de persistencia, presenta mejores resultados en predicción a cinco pasos, pero no así en el caso de predicción a un paso, donde la relación se invierte.

Orientador: Prof. Dr. Julio Carlos Teixeira
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Energia, 2016.
As turbinas eólicas de velocidade fixa são a tecnologia mais tradicional, robusta e de baixo custo para conversão de energia eólica em eletricidade, em especial para potências abaixo do MW. No entanto, nestes geradores a variação da velocidade do vento é refletida como uma mudança na potência de saída do gerador de energia eólica. Esta característica tem duas grandes desvantagens: a baixa eficiência na operação do gerador fora do ponto máximo de energia e o alto nível da cintilação na rede de distribuição de energia. O uso de transmissão continuamente variável (CVT) no gerador de energia eólica permite a dissociação entre a variação da velocidade do vento e da potência de saída do gerador. O objetivo do presente projeto é desenvolver um sistema de controle capaz de usar esta característica de desacoplamento, a fim de aumentar a eficiência do gerador de energia eólica e diminuir os níveis de cintilação na rede de energia. O controle proposto foi verificado em um modelo de gerador, CVT e a rede elétrica de distribuição. Os resultados mostram que o sistema de controle proposto pode aumentar a energia eólica convertida com um baixo efeito de cintilação no sistema de energia.
The fixed speed wind turbines are the most traditional, robust and low cost technology for wind energy conversion into electricity, particularly for power rating below MW. However, in these generators the wind speed variation is reflected as a change in the power output of the wind generator. This characteristic has two major disadvantages: the low efficiency at generator operation outside the maximum energy point, and the high level of the flicker in the power distribution grid. The use of continuously variable transmission (CVT) in the wind generator allows decoupling between the wind speed variation and the output power of the generator. The aim of this project is to develop a control system able to use this decoupling characteristic in order to increase the efficiency of the wind generator and decrease the flicker levels in the power grid. The proposed control was verified in a model of generator, CVT and the distribution power grid. The results show that the proposed control system can increase the wind energy converted with a low flicker effect in the power system.

Nesta tese apresenta-se o desenvolvimento de diversos modelos computacionais de turbinas eólicas equipadas com diferentes tipos de geradores elétricos, com ênfase no gerador de indução duplamente alimentado. Tais modelos foram desenvolvidos para investigar o desempenho de diferentes estratégias de controle, bem como diferentes estratégias do uso do sistema de proteção do conversor AC/DC/AC. Desenvolveu-se adicionalmente um método analítico para investigar a estabilidade de geradores de indução duplamente alimentados durante grandes perturbações na rede elétrica. Tal método foi validado por meio de comparações entre os resultados da aplicação das fórmulas propostas e de simulações, utilizando uma simplificação dos modelos dinâmicos desenvolvidos. Considerando os modelos dinâmicos, os resultados obtidos por simulações mostram que as escolhas adequadas da estratégia de controle e do sistema de proteção permitem maior injeção de potência reativa durante curto-circuitos na rede elétrica. O método analítico proposto apresentou resultados suficientemente precisos para análise da estabilidade frente a grandes perturbações, reduzindo o esforço necessário para realização de simulações dinâmicas sem a necessidade de compra de licenças de programas específicos.
The development of computational models of wind turbines equipped with different electrical machines is presented in this thesis, emphasizing the doubly fed induction generator. Such models were developed to investigate the performance of different control strategies as well as different protection system of the back-to-back converters. Additionally, this thesis present an original analytic method to investigate the stability of doubly fed induction generators during large disturbance on the electric system. The methodology is validated by comparing results from the developed dynamic models to the results from the analytical equations. For the dynamic models, the obtained results by simulations show that the chosen of the appropriate control strategies and the protection system can permit more reactive power injection during short circuits in the network. The proposed analytic method is sufficiently precise to analyze large disturbance stability reducing the necessary effort spending on dynamic simulation without the need of buying a specific license to run the software.

Orientador: André Luiz Andreoli
Resumo: Nos últimos anos, questões relacionadas ao meio ambiente, principalmente, ao uso de combustíveis fósseis e à emissão de gases poluentes na atmosfera, ganharam grande destaque internacional. Com os avanços da comunidade científica e o aumento no preço do petróleo no começo da década de 1970, o uso de fontes renováveis, não poluentes e limpas teve grande investimento por parte de diversos países. Nesse contexto, a geração eólica vem se destacando como uma das mais promissoras, especialmente devido a sua viabilidade econômica e ao seu rápido desenvolvimento tecnológico. Entre as diferentes topologias utilizadas nos sistemas de geração eólica, destaca-se a configuração elaborada para operação em velocidade variável, que emprega o gerador de indução duplamente alimentado (DFIG), associado ao conversor eletrônico back-to-back para controle de sua operação. Como principais vantagens da utilização do DFIG, destacam-se sua maior eficiência na conversão de energia, menor estresse mecânico do rotor, controle independente de potência ativa e reativa limitada a valores típicos de 30% da potência nominal. Por outro, sabe-se que, durante a ocorrência de um distúrbio, as correntes do rotor podem atingir altas magnitudes e causar danos ao conversor. Além disso, sobretensões no capacitor do elo CC ocorrem devido à perda de capacidade de transferência de energia do conversor do lado da rede. Entretanto, os aerogeradores podem ser requisitados a permanecerem em funcionamento mesmo durante uma fa... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo)
Abstract: In the last years, issues related to the environment, especially the use of fossil fuels and the emission of polluting gases into the atmosphere, have gained great international prominence. With the advances of scientific community and the increase of the oil price in the beginning of the 1970s, the use of renewable, non-polluting and clean sources had a great investment by several countries. In this context, wind generation has stood out as one of the most promising, especially due to its economic viability and its fast technological development. Among the different topologies used in wind generation systems, the configuration developed for operation at variable speed is highlighted, which employs the doubly-fed induction generator (DFIG) associated with back-to-back electronic converter to control its operation. The main advantages of using DFIG include its greater efficiency in energy conversion, less mechanical rotor stress, independent control of active and reactive power limited to typical values of 30% of the rated power. On the other hand, it is known that, during the occurrence of a disturbance, such as an electrical fault, the rotor currents can reach high magnitudes in order to damage the rotor side converter. In addition, overvoltages in the DC link capacitor occur due to the loss of power transfer capacity on grid side converter. However, wind turbines may be required to main in operation even during a fault, in addition to contributing the restoration of voltage... (Complete abstract click electronic access below)
Mestre

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
This dissertation addresses the analysis and control of permanent magnet synchronous generators (PMSG) found in wind energy conversion system. The operation modes of the wind turbine the current and voltage constraints of a PWM rectifier are defined and a methodology to determine the generator current is presented. The generator currents obtained guarantee the maximization of wind energy extraction as well as the minimization of the PMSG and rectifier losses. In addition, a space-vector modulation technique in overmodulation region is reviewed in detail and applied aiming: (i) to maximize the generator power; (ii) to utilize the entire PWM rectifier DC link voltage resource, and (iii) to obtain a smooth transition to six-step operation. Furthermore, a single current controller is designed for all operating modes being capable to avoid the controller states overload as well as the undesired effects due to the operation in the overmodulation region. The stability analysis of the closed loop system is investigated by means of linear matrix inequality conditions to estimate a region of operation with guaranteed stability. Simulation results are presented to demonstrate the performance of the proposed system.
Esta dissertação trata da análise e do controle de geradores sincronos a íımã permanente usados em sistema de conversão de energia eólica. Os modos de operação da turbina eólica sob restrição de tensão e corrente são definidos e uma metodologia para determinar as correntes do gerador ´e apresentada. As correntes obtidas do gerador garantem a maximização da potência extraída do vento bem como a minimização das perdas do conjunto gerador e retificador PWM. Além disso, a técnica de modulação vetorial na região de sobremodulação é revisada em detalhes e aplicada com objetivo de: (i) maximizar a potência do gerador, (ii) utilizar todo o recurso do barramento CC disponível pelo retificador PWM e (iii) obter uma transição suave para operação do retificador para o modo de seis-pulsos. Uma técnica de controle vetorial é apresentada e comparada. Um único controlador de corrente é projetado para todos os modos operacionais, sendo capaz de evitar tanto sobrecarga dos estados do controlador quanto os efeitos indesejáveis provenientes da operação na região de sobremodulação. A análise da estabilidade do sistema em malha fechada é investigada por meio de desigualdades matriciais lineares para determinar uma região de estabilidade garantida. Por fim, resultados de simulação são apresentados para demonstrar o bom desempenho do sistema proposto.

Atualmente, a energia eólica é uma das fontes renováveis mais reconhecidas, e sua penetração em sistemas elétricos de potência está se incrementando consideravelmente. Por consequência, a participação de turbinas eólicas em sistemas elétricos de potência tem se incrementado e pode influenciar o comportamento geral do sistema de potência. Portanto, é importante estudar o desempenho de turbinas eólicas em sistemas elétricos e sua interação com outros equipamentos de geração e cargas. O principal objetivo nesta dissertação é determinar o desempenho dinâmico de diferentes tecnologias ligadas nos sistemas elétricos considerando diferentes níveis de penetração e diferentes perturbações elétricas mediante simulações realizadas usando um toolbox de Matlab/Simulink, SimPowerSystems. As tecnologias avaliadas são (a) o gerador de indução duplamente alimentado com fator de potência unitário, (b) o gerador de indução duplamente alimentado com controle de tensão, (c) o gerador de indução de gaiola de esquilo com compensação baseada em condensadores, e (d) gerador de indução de gaiola de esquilo sem equipamentos auxiliares. Os fatores técnicos analisados são perfil de tensão em estado estacionário, as dinâmicas durante afundamentos e elevações de tensão, correntes de curto circuito, e incremento gradual nas cargas do sistema, para verificar a estabilidade de tensão da rede para pequenas perturbações. É proposta uma estratégia para promover uma integração efetiva de turbinas eólicas em sistemas de potência com altos níveis de penetração considerando diferentes normas de operação da rede para sistemas de transmissão e de distribuição. O objetivo nesta estratégia é o cumprimento dos requisitos para conexão de rede com a combinação de tecnologias, minimizando o valor do investimento. Os efeitos na estabilidade de sistemas de potência da fazenda eólica determinada com a metodologia proposta são comparados com os efeitos de uma fazenda eólica de igual capacidade de energia eólica considerando somente geradores de indução duplamente alimentados com controle de tensão. Para as analises realizadas neste trabalho são considerados os sistemas IEEE de 9 e 30 barras.
Nowadays, wind power is one of the most accepted renewable energy sources, and its penetration in electrical power systems is increasing considerably. Consequently, the participation of wind turbines in electrical power systems has increased and may influence the overall power system behavior. It is therefore important to study the performance of wind turbines in electrical power systems and their interaction with other generation equipment and loads. The main objective of this dissertation is to determine the dynamic performance of different wind turbines technologies connected in electrical system considering different penetration levels and electrical perturbations by simulations performed using a Matlab/Simulink toolbox, SimPowerSystems. The assessed technologies are (a) double fed induction generator with unity power factor, (b) double fed induction generator with voltage control, (c) squirrel cage induction generator with capacitor-based compensation, and (d) squirrel cage induction generator without ancillary devices. The technical factors analyzed are steady-state voltage profile, the dynamics during voltage sags and swells, short-circuit currents, and gradual increase in the system loading, in order to check the network small-disturbance voltage stability. A strategy to promote an effective integration of wind turbines into the power systems with high levels of wind power penetration regarding different grid code requirements in transmission and distribution networks is proposed. The objective in this strategy is fulfilling the grid code requirements with a technology combination, minimizing the invested value. The effects on power system stability of the wind farm, found by the proposed methodology, are compared with the effects that have the same installed capacity of wind power but only considering double fed induction generators with voltage control. The IEEE 9 bus transmission system and the IEEE 30 bus system are regarded for the analysis performed in this work.

Como se conoce, en los últimos años el consumo de energía ha ido en aumento debido al incremento poblacional y la dependencia creciente a la energía eléctrica. Esta situación ha ocasionado un aumento en la utilización de fuentes de energía no convencionales y renovables, como la energía solar y la energía eólica. Estos tipos de energía renovable no contaminan el medio ambiente en su generación. El tema de investigación busca obtener la máxima prestación de una turbina eólica utilizando una estructura de control basado en redes neuro-difusas. A fin de lograr este objetivo, primero se obtiene el modelo matemático de una turbina eólica de eje horizontal de tres palas de velocidad variable con generador de inducción doblemente alimentado, así como los modelos que representan la dinámica del proceso. Luego, se realiza el diseño de los controladores basados en redes neurodifusas, y otro controlador basado en linealización por realimentación de estados., el cual se utilizará con fines comparativos. Las variables controladas son la potencia activa y reactiva, mientras que las variables manipuladas son el ángulo de paso de las palas de la turbina eólica y los voltajes aplicados en los terminales del rotor del generador de inducción. Para comparar el desempeño de ambos controladores se desarrollaron simulaciones en Matlab, como resultado se obtuvo que el controlador neuro-difuso presenta mejor desempeño bajo distintas condiciones de operación.
Tesis

Los elevados costos de producción energética basada en combustibles fósiles, la evidencia de sus efectos sobre los cambios ambientales globales, ha impulsado el estudio, desarrollo e implementación de energías renovables no convencionales (ERNC), a fin de aumentar la capacidad instalada en la red y aprovechar estas fuentes en proyectos de menor escala de los distintos sectores productivos del País. El objetivo de este trabajo es analizar, en forma preliminar, la factibilidad técnico-económica de utilizar generadores eléctricos, basados en energía eólica, para la operación de sistemas de riego tecnificado, evaluando sus costos. Se desarrolló una plataforma computacional, que permite simular la operación de un sistema de riego tecnificado utilizando generadores eólicos y evaluar su rentabilidad económica según el cultivo y la superficie plantada. Hidráulicamente, la herramienta permite evaluar los esquemas de captación y distribución de agua más típicos utilizados en el riego, que incluyen captación subterránea o superficial, bomba de captación y bomba de riego. Eléctricamente, el sistema consta de un aerogenerador, regulador de carga, inversor de corriente (para el uso de bombas de corriente alterna) y un banco de baterías, que permite acumular energía de forma eléctrica, ahorrando un estanque elevado, para acumularla de forma potencial. Con este trabajo se apoya a la Comisión Nacional de Riego en la evaluación de proyectos eólicos, presentados a los concursos de la Ley 18.450, y en la identificación de dificultades, beneficios, variables trascendentales y otros alcances que faciliten la elaboración, por parte de la CNR, de requerimientos para futuros términos de referencia en estudios de este tipo. Se realizó una evaluación teórica de un cultivo de cerezos en la zona de San Javier (VII Región del Maule) para tres tamaños prediales, haciendo un análisis de sensibilidad. Se concluye principalmente que: una mayor seguridad energética implica una mayor inversión inicial en aerogeneradores. La rentabilidad disminuye a medida que la seguridad aumenta. La red eléctrica siempre será más rentable que los generadores eólicos o diesel. A medida que aumenta la superficie plantada, la rentabilidad eólica aumenta, superando la de un generador diesel. La alta inversión inicial en aerogeneradores se ve amortizada por los bajos costos de mantención y nulos costos de operación. A modo general, se concluye que: en zonas extremas, este tipo de energías se hace más atractiva ya que puede ser la única alternativa energética. La variación temporal de generación, es uno de los factores más influyentes en la factibilidad de instalar aerogeneradores en un proyecto de riego tecnificado, ya que el consumo de las bombas es constante en las horas de riego. Los incentivos y subsidios estatales son indispensables para implementar estas tecnologías. Por último, como extensión de este trabajo, se propone desarrollar una simulación basada en energía solar, y como complemento, plantear un modelo de optimización que permita integrar distintas fuentes energéticas para abastecer un sistema de riego tecnificado.

Most of the modern wind turbines are based on doubly fed induction generators (DFIG), with a back to back power converter connecting the rotor to the network. It is known that voltage dips at the stator terminals can cause overcurrents in the rotor windings, which could threaten the converter integrity. In order to protect the converter, several strategies have been proposed in technical literature, requiring in some cases the converter deactivation, which disables the control that the converter has over the power transference between the generator and the system. This last is not a desirable behavior since it can put on risk the voltage stability of the electric system. It is the aim of this dissertation to introduce and compare five of those protection strategies, through the computational simulation of their performance in case of balanced voltage dips. In order to achieve this, the electromagnetic dynamic model of the DFIG was theoretically developed, as well as the models of the strategies of interest. Subsequently, the computational model of the system was assembled in the software Matlabs Simulink to finally perform the desired simulations and its corresponding analysis.
A maioria das turbinas eólicas modernas é baseada em geradores de indução duplamente alimentados (GIDE), com um back to back conversor de energia que liga o rotor para a rede. Sabe-se que as quedas de tensão nos terminais do estator podem causar sobrecorrentes nos enrolamentos do rotor, que podem ameaçar a integridade do conversor. A fim de proteger o conversor, várias estratégias têm sido propostas na literatura técnica, exigindo, em alguns casos, a desativação do conversor, o qual desativa o controlo do conversor, que possui ao longo da transferência de energia entre o gerador e o sistema. Este último não é um comportamento desejável, uma vez que pode colocar em risco a estabilidade de tensão do sistema elétrico. É o objetivo desta dissertação apresentar e comparar cinco dessas estratégias de proteção, através da simulação computacional de seu desempenho em caso de quedas de tensão equilibrada. A fim de alcançar este objetivo, o modelo dinâmico eletromagnética do DFIG teoricamente foi desenvolvido, bem como os modelos das estratégias de interesse. Subsequentemente, o modelo computacional do sistema foi montado no software Simulink do Matlab para finalmente executar as simulações desejadas e sua análise correspondente.

Atualmente, a geração eólica é a forma de geração de energia elétrica de maior crescimento no mundo. Não obstante, dependendo da forma em que é gerenciado este tipo de geração, pode causar impactos significativos no sistema de energia elétrica. Este trabalho estuda o comportamento da geração eólica nos sistemas de potência do ponto de vista dos aerogeradores e dos parques eólicos. É realizada uma modelagem dos principais componentes dos sistemas de geração eólica, particularmente dos aerogeradores de velocidade variável equipados com geradores de indução de dupla alimentação, com o intuito de aplicar estratégias de controle para a operação dos mesmos e estudar as suas características de funcionamento. São propostos métodos para a regulação da potência ativa gerada por estes aerogeradores e para a regulação da potência ativa gerada por parques eólicos compostos por vários aerogeradores de velocidade variável, com o objetivo de permitir um maior índice de penetração da geração eólica nos sistemas de energia elétrica. Usando a modelagem elaborada, são efetuadas rigorosas simulações computacionais do comportamento destas instalações eólicas funcionando com os métodos de regulação propostos. Os resultados obtidos nestas simulações mostram que o impacto da geração eólica pode ser consideravelmente diminuído, logrando atribuições semelhantes aos produtores de energia convencionais. Observa-se que estes métodos permitiriam flexibilizar a operação dos sistemas de geração eólica, possibilitando gerenciamentos mais adequados aos novos requerimentos exigidos pelos operadores dos sistemas de energia.
Nowadays, the wind power generation is the fastest growing electric power source in the world. Nevertheless, depending on the management of this kind of generation, it may cause significant impact in the power system. In this work, a modeling of the main components of wind power generation was performed, particularly of variable speed wind turbines with doubly fed induction generators, aiming to apply control strategies for its operation and to study its functional characteristics. Methods to regulate the active power generated by variable speed wind turbines, and to regulate the active power of wind farms composed of several of this turbines, are proposed with the objective to allow an increase in the level of penetration of wind generation in the power systems. Using the elaborated modeling, rigorous computational simulations of operation of these types of power stations, operating with the proposed methods, were accomplished. The obtained results in these simulations shows that it is possible to considerably minimize the wind power generation impacts, obtaining attributions similarly to conventional energy producers. It is observed that the proposed methods allows an operational flexibility of wind power generation, enabling a better management according to the new requirement of the power system operators.

Neste momento o Brasil possui uma das mais renováveis matrizes energéticas do mundo, mas o desafio de reduzir os níveis de emissão, permitir o crescimento econômico e atender a aproximadamente um milhão de pessoas sem energia elétrica no pais, requer a pesquisa e o desenvolvimento de novas tecnologias que possibilitem a utilização de fontes limpas e sustentáveis de energia, como é a energia eólica. A energia eólica é considerada, entre as alternativas renováveis existentes, a mais viável no mercado de energia, devido à baixa relação custo/benefício de exploração, tendo apresentado um crescimento exponencial ao longo dos anos. Os principais sistema eólicos classificam-se de acordo com sua operação em dois tipos: sistemas com operação a velocidade fixa e sistemas com operação a velocidade variável. Durante muitos anos a liderança do mercado foi para os geradores que operam a velocidade fixa, sendo a máquina mais usada o gerador de indução de rotor em gaiola (SCIG). A partir do ano 2000, a supremacia no mercado passou a ser para o gerador de velocidade variável. Hoje, tem-se dois tipos de geradores amplamente utilizados em sistemas eólicos que operam a velocidade variável: o gerador síncrono e o gerador de indução com rotor bobinado. Neste trabalho será estudada uma das máquinas que operam a velocidade variável e utilizam geradores de indução com rotor bobinado: o gerador de indução duplamente alimentado (DFIG). Sua importância é principalmente o controle independente da potência ativa e da potência reativa fornecida para a rede elétrica, e à operação com máxima eficiência na conversão de energia. Neste contexto, este trabalho apresenta uma análise comparativa de um sistema de geração utilizando máquinas do tipo DFIG com quatro estratégias de controle: controle da potência ativa e da tensão nos terminais da máquina, controle da potência reativa e da tensão nos terminais da máquina, controle da velocidade de rotação e da tensão nos terminais da máquina, controle da potência ativa e da potência reativa fornecidas pela máquina ao sistema. Esta análise é feita comparando o comportamento do sistema quando sujeito a diversas situações, tais como: variações da demanda de potência da carga elétrica, variações do torque mecânico e ocorrência de uma falta trifásica. O desempenho de sistemas de geração eólica com SCIG também é incluído nesta análise para ilustrar de maneira quantitativa os ganhos obtidos com o uso do DFIG. Os resultados obtidos ilustram as virtudes de cada uma das diferentes possibilidades de modos de operação do DFIG em um sistema de distribuição e permitem uma melhor compreensão da vantagem do desempenho do DFIG em relação à utilização do SCIG.
At present Brazil has one of the most renewable energy matrices in the world, but the challenge of reducing emission levels, allowing the economic growth, and helping about 1 million people without electric energy in the country, requires research and development of new technologies that enable the use of clean and sustainable energy sources, such as wind power. Wind energy is considered among the existing renewable alternatives the more viable in the energy market, due to the low cost / benefit ratio of exploitation, having experienced exponential growth over the years. The wind system are classified according to their operation into two types: operating systems with fixed speed and systems with variable speed operation. For many years the leadership in the market was for fixed speed generator, being the most used machine, the induction generator rotor cage (SCIG). From 2000, the leadership in the market was for variable speed wind turbine. Today, there are two types of wind generators widely used in systems that operate at variable speed: synchronous generator and generator with wound rotor induction. In this work we will study one of the machines that operate at variable speed and use induction generators with wound rotor: the doubly-fed induction generator (DFIG). Its importance is mainly the independent control of active power and reactive power supplied to the grid, and operating at maximum efficiency in energy conversion. In this context, this work presents a comparative analysis of a generation system using DFIG type machines with four control strategies: control of active power and voltage at the terminals of the machine, control of reactive power and voltage at the machine terminals, control the rotational speed and tension in the machine terminals, control of active power and reactive power supplied by the machine. This analysis is done by comparing the behavior of the system when subjected to various situations, such as variations in power demand of electric load, changes in the mechanical torque and the occurrence of a three-phase fault. The performance of wind power generation systems with SCIG is also included in this analysis to illustrate quantitatively the gains obtained using DFIG. The results illustrate the virtues of each of the different possible operating modes of the DFIG in a distribution system and allow a better understanding of the performance advantage of the machine DFIG over the use of the machine SCIG.

Actualmente existen en Chile numerosos proyectos de generación eólica en distintas etapas de desarrollo. La mayoría de éstos se conectarán al Sistema Interconectado Central (SIC), y en particular en el norte del país, por lo que se espera que en el mediano plazo exista una gran cantidad de generación eólica en dicha zona. Dada la naturaleza estocástica del recurso viento, estos parques eólicos inyectarían una potencia variable al sistema de transmisión, lo que podría producir fluctuaciones de tensión en las barras del sistema de transmisión pudiendo, eventualmente, salir de los rangos permitidos. De esta problemática surge el objetivo principal de esta investigación, que es disponer de una estrategia para efectuar el control de tensión de un sistema eléctrico con las características propias del SIC, en el que puede existir una elevada penetración de generación eólica. En este estudio, primeramente se identificaron las fluctuaciones de tensión esperadas para las distintas tecnologías de generación eólica actualmente utilizadas. Se observó que los parques eólicos formados por aerogeneradores de velocidad fija es la tecnología de la que se espera mayores fluctuaciones de tensión. A un sistema eléctrico de ensayo base se le realizaron pequeñas modificaciones, obteniéndose distintas topologías, y a su vez, para cada una de éstas se construyó sistemas de distintos niveles de tensión: 66, 110 y 220 [kV]. Mediante la herramienta de flujos de potencia, en cada uno de estos sistemas se buscó la generación eólica tal que ocasionara problemas de tensión en las barras del sistema. Se propuso una estrategia de control de tensión que solucionara dicho problema. Se construyó un modelo de la zona norte del SIC, desde la barra Quillota 220 [kV] hasta la barra Paposo 220 [kV], en el que se probaron con éxito las estrategias de control de tensión propuestas en el sistema eléctrico de ensayo. Finalmente, se determina que la inclusión masiva de generación eólica en un sistema eléctrico puede traer problemas de subtensión en el punto de conexión (PCC) de los parques eólicos y/o en barras aledañas a los parques eólicos. Se propone para esto una estrategia de control de tensión que mitiga las fluctuaciones lentas de tensión. Esta estrategia consiste en que a medida que aumenta la penetración eólica en el sistema; a) barras aledañas (centrales y elementos de compensación reactiva) aporten reactivos a los parques eólico del sistema eléctrico, cuando es insuficiente; b) elevar el tap de los transformadores de conexión de los parques eólicos; c) añadir compensación reactiva en barras aledañas a los parques eólicos y d) Añadir compensación reactiva en los PCC de los parques eólicos. Por lo demás, c) y d) pueden ser excluyentes o se puede dar una combinación de ambas.

Orientador: Prof. Dr. Alfeu Joãozinho Sguarezi Filho
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2017.
Neste trabalho é estudado o gerador de relutância variável 12/8 aplicado em sistemas de geração eólica. Para a conexão do gerador com a rede elétrica será empregado o conversor em ponte assimétrico que compartilha o barramento de corrente contínua com um inversor. O conversor assimétrico tem a função de controlar a tensão no elo de corrente contínua e emprega controladores PIs para este fim. Já, o inversor conectado à rede elétrica controla as potências injetadas na rede por meio da técnica de controle orientado por tensão empregando controladores PIs. Analisou-se também as condições da máquina em termos de indução magnética através de simulações computacionais, pelo Método dos Elementos Finitos, com intuito de verificar e estimar os níveis de indução garantindo que a operação do controle atue de fato em condição de não saturação da máquina. Resultados das simulações de operação do gerador conectado à rede elétrica trifásica e dos níveis de indução magnética são apresentados para validar a proposta.
This academic work examines the switched reluctance generator 12/8 applied in wind power generation systems. A asymmetric bridge converter shares the DC link with an inverter that allows generator connection to the power grid. The asymmetric half bridge converter has the function of controlling the voltage of the DC link and uses PI controllers for this purpose. Already, the inverter connected to the grid controls the power injected into the grid across voltage oriented controle by employing PIs voltage controllers. It was also analyzed the machine conditions in terms of magnetic induction through computational simulations, by the Finite Element Method, in order to verify and estimate the induction levels, ensuring that the operation of the control actually acts in the condition of non-saturation of the machine. Results of the operation simulations of the generator connected to the three-phase electric grid and the magnetic induction levels are presented to validate the proposal

Este trabalho de mestrado está relacionado com a análise do comportamento dinâmico de turbinas eólicas equipadas com gerador síncrono com excitação a ímãs permanentes operando durante contingências na rede elétrica e com variação na velocidade do vento. Tal configuração tem muitas vantagens quando comparada com a configuração atualmente utilizada pelos principais fabricantes de turbinas eólicas de grande porte. A principal delas é devido ao fato de não utilizar caixas de engrenagens. Porém, o impacto na rede elétrica com a conexão de tal configuração deve ser minimizado melhorando as condições operativas no ponto de conexão da fazenda eólica. Desta forma, o projeto em questão visa investigar formas de diminuir os impactos negativos causados e melhorar a estabilidade do sistema, principalmente, no ponto de conexão à rede elétrica Portanto, o projeto de pesquisa deste mestrado está relacionado ao desenvolvimento de modelos computacionais que representem tal tecnologia, considerando os principais componentes e controles utilizando o software de simulação PSCAD. Também são incluídos novos métodos de controle e elementos adicionais que melhoram a confiabilidade e o nível de penetração de parques eólicos com geradores a ímãs permanentes. Ressalta-se que tais modelos não estão disponíveis de forma completa no software citado acima, portanto foram desenvolvidos partindo de modelos genéricos existentes. Todas as partes do modelo foram realizadas com elementos básicos acessíveis em qualquer programa de simulação, de modo que qualquer engenheiro ou pesquisador possa programar este mesmo modelo em qualquer software. Esta dissertação começa com uma breve descrição do modelo desenvolvido, incluindo o modelo aerodinâmico das turbinas eólicas, o controle do conversor do lado do gerador, o controle do conversor do lado da rede e o sistema de proteção do link de corrente contínua. Com o modelo desenvolvido, analisa-se a operação do gerador síncrono a imãs permanentes durante contingências na rede. A aplicação de um sistema avançado de armazenamento de energia e a possibilidade de suporte de frequência à rede elétrica também foram desenvolvidos e analisados. Considerando os resultados obtidos, podemos verificar que a conexão de parques eólicos equipados com geradores síncronos com excitação a ímãs permanentes pode trazer benefícios para a rede elétrica, quando o seu potencial de controle e de operação é utilizado. Mais detalhes podem ser verificados nos capítulos a seguir.
This master\'s project aims to study the behavior of wind turbines with Permanent Magnet Synchronous Generator, operating during contingencies and changes in wind speed. This configuration has many advantages compared with configurations currently used by leading manufacturers of large wind turbines. The main one is due to the fact of use smaller gearboxes or even gearless turbines. However, the impact on the electrical grid connection of this configuration should be minimized by improving the operating conditions at the connection point of the wind farm. Thus, this project aims to investigate ways to reduce the negative impacts and improve the system stability, especially at the grid connection point. This work employs the simulation software PSCAD for developing a computational model of this technology, considering the main components and controls. New control methods and additional features are included, for improving the reliability and the level of penetration of wind farms with permanent magnet generators in the power system. It is noteworthy that such models are not available in the simulation software PSCAD; therefore it was developed from existing generic models. All parts of the model were done with basic elements; as a result any engineer or researcher can program this same model in any software. This work begins with a brief description of the developed model, including: the aerodynamic model of the wind turbines, the control of the generator side converter, the control of the grid side converter and the protection system of the Link-DC. With this model, the operation of the permanent magnet synchronous generator was analyzed during network contingencies. The application of a sophisticated energy storage system for frequency support was also both developed and analyzed. The connection of wind turbines with Permanent Magnet Synchronous Generator has advantages when its potential for control and operation is used. More details can be checked in the following chapters.