III. RESULTS AND DISCUSSION
3.2 Variation of Deposition Conditions of CrN-WC Films at Low
3.2.1 Fixed Sputtering Power
Este presente trabalho prop˜oe um algoritmo MPPT baseado nos m´etodos OTC e HCS para operar em sistemas de velocidade vari´avel utilizando um PMSG. Em Quincy e Liuchen (2004), o algoritmo MPPT utiliza valores de uma tabela de dados constru´ıda por um processo de aprendizagem que acontece durante operac¸˜ao do sistema, mas os valores armazenados podem ser imprecisos devido a manter sempre na tabela o ´ultimo valor de maior potˆencia extra´ıda, o que ignora a possibilidade do sistema sofrer desgastes com ac¸˜ao do tempo e variac¸˜oes clim´aticas. Diferente disso, o algoritmo aqui proposto n˜ao far´a uso de tabelas de dados, um ganho denominado de Kotm, ser´a atualizado de forma dinˆamica a cada mudanc¸a significativa do torque dispon´ıvel.
Em Kazmi et al. (2011) um algoritmo similar ´e proposto. Por´em, o processo de operac¸˜ao ´e baseado em alterar a raz˜ao c´ıclica de um conversor CC/CC com passo vari´avel. O autor leva seu algoritmo para o m´etodo HCS quando detecta o sistema est´avel dentro de um valor aceit´avel, ent˜ao procura um Kotm e um ωotm, que ser˜ao comparados com dados previamente salvos em mem´oria e defini se mantˆem os valores j´a existentes ou substitui pelos atuais.
O m´etodo HCS tamb´em adotado por Zhu et al. (2012), ´e respons´avel por atualizar o ganho Kotm, ap´os isso, o algoritmo volta a operar com o m´etodo OTC, sendo esse o m´etodo mais adequado segundo Adhikari et al. (2015) para sistemas de pequeno porte com velocidade vari´avel. A referˆencia de torque no m´etodo OTC ´e gerada pela Equac¸˜ao (107) em que o valor do ganho Kotmfaz a representac¸˜ao da caracter´ıstica da turbina e´olica.
Te∗= Kotmωe2 (107)
Sendo: Te∗ (Nm) a referˆencia de torque eletromagn´etico e, ωe (rad/s) a velocidade angular el´etrica.
Conforme ´e apresentado fluxograma do algoritmo proposto na Figura 35, quando o parˆametro de operac¸˜ao definido em OP= 0, o sistema entra no modo de pesquisa pelo m´etodo HCS para detectar o valor do ganho Kotm.
O m´etodo HCS pode atingir o ponto de potˆencia m´axima sem a necessidade de conhecer o ganho Kotm, por´em, este m´etodo convencional de HCS n˜ao consegue parar quando atinge o ponto de m´axima, logo a velocidade oscila entorno MPPT conforme ´e representado no gr´afico da Figura 15 na Sec¸˜ao (2.4.4) reapresentada pela Figura 31.
PD[
Figura 31: Controle convencional algoritmo MPPT HCS. Fonte: Produzido pelo autor.
No algoritmo proposto neste trabalho, o m´etodo HCS convencional ´e modificado sendo adicionado regras para sa´ıda do m´etodo e, variac¸˜ao no valor do passo de torque na pertubac¸˜ao do sistema durante a pesquisa. Essas modificac¸˜oes pode ser observadas na descric¸˜ao do fluxograma apresentado na Figura 35 onde:
• Definic¸˜ao do tamanho do passo de torque:
Durante a execuc¸˜ao do m´etodo HCS, o algoritmo incrementa ou decrementa um o passo de torque eletromagn´etico. Esse passo ´e fracionado em passos menores caracterizado uma rampa de torque conforme ´e representado pela Figura 32
O tempo do passo de torque eletromagn´etico ´e definido pelo tempo de assentamento apresentado no Cap´ıtulo 4 para o controle da malha de torque. Conforme Figura 29, ΔTime ≈ 0,04 s.
O n´umero de incrementos (ninc) dentro do intervalo de tempoΔTime e o valor do passo (ΔInc) aplicado a cada amostragem do sistema ´e dada pelas Equac¸˜oes (108) e (109).
Figura 32: Representac¸˜ao do passe torque eletromagn´etico. Fonte: Produzido pelo autor.
ninc= ΔTime
T s (108)
ΔInc = Inc ninc
(109)
Exemplo: ΔTime = ta≈ 0,04 s, Inc = 0,2 Nm e per´ıodo de amostragem de Ts= 100 μs. Para este caso ser´a aplicado em um intervalo de tempoΔTime = 0,04 s, ninc= 400 passos de torque eletromagn´etico deΔInc = 500 μNm.
• Tomada de decis˜ao de incremento ou decremento:
A tomada de decis˜ao de incremento ou decremento do torque parte de uma avaliac¸˜ao pr´evia da potˆencia
Pe[k+1]
. O valor estimado da potˆencia el´etrica para o pr´oximo passo de torque leva em considerac¸˜ao a variac¸˜ao da velocidade (Δωe) anteriormente provocada pelo passo de torque com o pr´oximo incremento (Inc) a ser aplicado pelas Equac¸˜oes (110) e (111).
Δωe[k]= ωe[k]− ωe[k−1] (110)
Pe[k+1]= (ωe[k]+ Δωe).(Te∗[k]+ Inc.Sign) (111) O termo Sign da Equac¸˜ao (111), representa a direc¸˜ao em que ser´a aplicado o passo de torque sendo: Incremento Sign= 1 e decremento Sign = −1.
• Regra de sa´ıda do m´etodo HCS:
potˆencia estimada
Pe[k+1]
n˜ao representa um aumento de potˆencia el´etrica. Assim, uma avaliac¸˜ao da potˆencia atual com valores anteriores ´e realizado conforme Equac¸˜ao (112).
Pe[k]− Pe[k−1]< 0 (112)
• Definic¸˜ao do valor de Kotm:
A toda interac¸˜ao em que se incremente mais potˆencia ao sistema, os valores dos parˆametros ´otimos Peotm eωeotm s˜ao atualizados. Quando o sistema decide sair do m´etodo
HCS o valor do ganho Kotm ´e definido conforme Equac¸˜ao (113).
Kotm= Peotm
ω3
eotm
(113)
Com o valor do ganho Kotmdefinido, o sistema passa a operar atrav´es do m´etodo OTC permanecendo nesta operac¸˜ao at´e que variac¸˜oes significativas de potˆencia sejam observadas. Quando isso acontece, o valor do ganho Kotmprecisa ser atualizado, logo o algoritmo MPPT leva o sistema a operar no m´etodo HCS. Essas etapas podem ser observadas seguindo o fluxograma do algoritmo MPPT na Figura 35 em que:
• Referˆencia de Torque eletromagn´etico:
Enquanto o sistema opera no m´etodo OTC, o torque eletromagn´etico de referˆencia ´e determinado pela velocidade el´etrica do gerador em func¸˜ao do ganho Kotm dado pela Equac¸˜ao (114).
Te∗
[k]= Kotmω
2
e[k] (114)
• Intervalo de tempo para verificar a necessidade de atualizar o ganho Kotm:
A cada intervalo de tempo “tv” o algoritmo verifica se houve uma variac¸˜ao significativa de potˆencia, esse intervalo de tempo ´e definido em 10 vezes o tempo de assentamento encontrado no projeto de controle para malha de torque eletromagn´etico no Capitulo 4, logo tv= 0,4 s.
• Definic¸˜ao da variac¸˜ao significativa de Potˆencia:
Conforme variac¸˜ao significativa da potˆencia, algoritmo vai para o m´etodo HCS atualizar o ganho Kotm incrementando ou decrementando o valor da referencia de torque eletromagn´etico. Essa decis˜ao passa pela avaliac¸˜ao das Equac¸˜oes (115) e (116).
Pe[k]> Pe[k−1]H (115)
Pe[k]< Pe[k−1]L (116) Em que H e L s˜ao constantes que restringe a faixa em que variac¸˜ao da potˆencia definida como significativa.
• Definic¸˜ao do parˆametro Sign:
Na Figura 33 considerando o sistema operando no ponto “A”, a tendencia da turbina ´e em acelerar quando a velocidade do vento aumenta, pois a potˆencia dispon´ıvel tamb´em aumenta. Como o sistema est´a operando no modo OTC, a medida que o a velocidade do gerador tende aumentar a referˆencia de torque tamb´em aumenta parando no ponto “B” fora do MPPT. 3RWrQFLD>:@ 9HORFLGDGH>UDGV@ $ ωH>Ní@ % 3H >Ní@ 9Z 9Z & 3H>N@ ωH>N@
Figura 33: Representac¸˜ao do passe torque eletromagn´etico. Fonte: Produzido pelo autor.
Sendo essa uma variac¸˜ao significativa de potˆencia, o algoritmo leva o sistema a operara no m´etodo HCS para rastrear o novo ganho Kotm. Inicialmente Sign= −1, o processo de pesquisa inicia decrementando a referˆencia de torque levando a velocidade do gerador at´e o ponto “C” conforme apresentado no gr´afico da Figura (33).
Na Figura 34 considerando o sistema no ponto “A”, quando a velocidade do vento diminui a tendencia do sistema no modo OTC ´e de diminuir a velocidade do gerador, pois a potˆencia dispon´ıvel diminui. A medida que o a velocidade do gerador tende diminuir a
referˆencia de torque para o controle tamb´em diminui e o gerador tende a operar no ponto “B” fora do MPPT. 3RWrQFLD>:@ 9HORFLGDGH>UDGV@ 3RWrQFLDSDUDYHORFLGDGH9Z 3RWrQFLDSDUDYHORFLGDGH9Z $ 3H>Ní@ % 3H>N@ &í0337 ωH>Ní@ ωH>N@
Figura 34: Gr´afico para Sign=1. Fonte: Produzido pelo autor.
Sendo uma variac¸˜ao significativa de potˆencia, o algoritmo passa para o m´etodo HCS para atualizar o valor do ganho Kotm em que Sign= 1. Ou seja, inicia-se a pesquisa incrementando torque levando a velocidade do gerador at´e o ponto “C” conforme apresentado no gr´afico da Figura 34.
A Equac¸˜ao (117) estabelece uma condic¸˜ao para definir o valor de Sign.
ωe[k]> ωotm→ Sign = −1 ωe[k]< ωotm→ Sign = 1
(117)
/HLWXUDGHWHQV}HV HFRUUHQWHV 23 2SHUDomR 0pWRGR27& ,QtFLR 23 1mR 0pWRGR+&6 6LP 1mR 6LP \ ¨7LPH \ \ 2%6 ¨7LPH7V,QFLQLFLDOGHYHP VHUGHILQLGRVVHXVYDORUHVLQLFLDLV + KLJW / /RZ 6LP 1mR 3RWP>N@ 3H>N@ ȦRWP>N@ ȦH>N@ \ 6LP
>N@ >N@ >N@ >N@ H H H H 3 Ȧ ǻȦ 7 ,QF6LJQ >N@ >N@ >N@ H H H ǻȦ Ȧ Ȧ >N@ >N@ H H 3 !3 ,QF ,QFî 6LJQ 6LJQ >N@ >N@ H H 3 3 RWP>N@ RWP RWP . 3 Ȧ 23 >N@ >N@ H RWP 7 . Ȧ >N@ H RWP Ȧ !Ȧ 6LP 1mR 6LP 6LP 1mR 1mR [ [ [ Y [ Wt LQLFLDO ,QF ,QF 23 ; 6LJQ 6LJQ 1mR >N@ >N@ H H 3 !3 + >N@ >N@ H H 3 3 / >N@ >N@ H H 3 3 3H>N@ 3H>N@ >N@ > @ H H
Ȧ
Ȧ
k LQF ǻ,QF ,QFQ >N@ H >N@ 7 7 ǻ,QF 6LJQFigura 35: Fluxograma do algoritmo MPPT. Fonte: Produzido pelo autor.