Modèle dynamique inverse

A partir dos sinais enviados pela Unidade de Controle, o módulo denominado Unidade de Distribuição de Pulsos, produz os pulsos necessários ao disparo das chaves do inversor. Para melhor visualização da topologia e funcionamento desta rotina, a figura 3.19 ilustra o seu diagrama de blocos representativo.

Pa r a

Un i d a d e d e

Po t ê n c i a

Figura 3.19 - Diagrama de blocos da Unidade de Distribuição de Pulsos do WECS O chaveamento da ponte inversora faz uso da técnica PWM senoidal, que consiste da comparação de uma onda triangular de alta freqüência (portadora) com uma senóide de controle de freqüência industrial (50 ou 60 Hz) para geração dos pulsos.

O fator de modulação (mp), já definido na equação (3.44), também pode ser obtido pela relação entre as amplitudes das ondas senoidais com a triangular, de acordo com a equação (3.67).

amp _ sen

amp _ tri

O sinal mp, oriundo da Unidade de Controle, é utilizado como entrada na rotina Ganho_K, através da qual ajusta-se a sua amplitude pela multiplicação por um ganho (amp_tri), previamente definido pelo usuário. O resultado dessa operação (amp_sen) é aplicado à rotina Seno_abc a qual, a partir desse sinal de entrada, define as amplitudes das

três senóides de referência a serem geradas, ou seja, sena, senb e senc, defasadas entre si de 120°. É importante ressaltar que o sinal f, enviado pela Unidade de Controle, define o defasamento entre a senóide de controle da fase “a” (sena) e a tensão da mesma fase no barramento ao qual o WECS está conectado. De outro lado, a rotina Triang gera em sua saída (trng) o sinal da portadora, cuja amplitude (amp_tri) e freqüência são também definidas pelo usuário.

Uma vez geradas as senóides de controle para as três fases e a onda triangular, comum aos três sinais, estas são enviadas aos pares aos seus respectivos blocos comparadores, como ilustrado na figura 3.19. Dessa forma, a lógica implementada na rotina Compara_a consiste em:

SE (sena > trng) ENTÃO

gpi = 1 # Chave Si (Unidade de Potência) fechada gp4 = 0

SENÃO # Chave S4 (Unidade de Potência) aberta gpi = 0 # Chave S1 (Unidade de Potência) aberta gp4 = 1

FIM SE # Chave S4 (Unidade de Potência) fechada

O mesmo procedimento realizado para a fase “a” é utilizado para as fases “b” e “c”, desta vez fazendo uso das rotinas Compara_b e Compara_c e respeitando a relação entre as senóides de controle e os respectivos sinais de gatilho.

3.5 C

F

Em sua parte inicial, este capítulo tratou da caracterização do sistema de conversão de energia eólica adotado neste estudo. Conforme evidenciado, a topologia enfocada nesta tese esta alinhada com o tipo de turbina conhecido como conceito alemão, que consiste de um WECS a velocidade variável, dotado de um gerador síncrono multipólos. Neste tipo de arranjo, o controle da potência extraível do vento é conseguido através do ajuste do ângulo de passo das pás, oupitch control.

Dando seqüência aos desenvolvimentos, foram identificados, descritos e modelados matematicamente todos os subsistemas que compõem o WECS, iniciando pela fonte primária de energia e avançando pelos demais componentes até alcançar a conexão com a rede elétrica. Paralelamente foram abordados os diversos controles utilizados, em particular o controle do

ângulo de passo das pás do rotor eólico e as malhas de controle do inversor. Este último, como foi devidamente esclarecido, permite o controle do fluxo das potências ativa e reativa através das tensões do elo CC e PAC, respectivamente. Destaque especial merece a lógica utilizada no controle dos pulsos do conversor, que utiliza a técnica do controle vetorial e que propicia um ganho de eficiência nos trabalhos de simulação digital, além de uma maior facilidade no controle dos fluxos das mencionadas potências ativa e reativa envolvidas no processo.

A partir da modelagem matemática desenvolvida, partiu-se para a implementação computacional de cada um dos subsistemas que compõem o WECS, utilizando para tanto, técnicas no domínio do tempo. A metodologia utilizada para efetuar a implementação computacional foi a de dividir o sistema em unidades ou módulos. Esta estratégia possibilitou uma maior visibilidade do complexo eólico completo, inclusive dos diversos controles utilizados e a interação entre os mesmos. Nessa linha de estudos, destacam-se como desenvolvimentos de maior significação deste capítulo os seguintes:

> Unidade de Potência: congregando a representação do gerador síncrono multipólos, pelo conversor de freqüência, pelo transformador elevador e também pelo equivalente da rede elétrica.

> Unidade de Medição: subdividida em duas partes, a primeira destinada à determinação do conjugado de acionamento do alternador e a segunda parte à aquisição das variáveis tensões e correntes na saída do inveror e também das tensões no ponto de acoplamento comum entre o WECS e a rede CA.

> Unidade de Controle: contém a malha de controle do inversor, a qual é reponsável, conforme a filosofia adotada, pela injeção de potência ativa na rede elétrica, além do controle do fluxo de potência reativa intercambiada entre o WECS e o sistema de conexão, propiciando assim o suporte de tensão no PAC. > Unidade de Distribuição dos Pulsos: como o próprio nome diz, é responsável pela

geração dos sinais de gatilhos das chaves semicondutoras do inversor, de acordo com as exigências impostas pelo sistema de controle.

Nesta etapa dos trabalhos foram desenvolvidas e implementadas as rotinas na plataforma computacional que permitirá a realização dos estudos investigativos da interação entre o sistema de conversão de energia eólico e o sistema elétrico, os quais serão focados no próximo capítulo.

Ca p ít u l o

IV

Est u d o s

Co m pu ta c io n a is

c o m

o

WECS

4.1 C

I

Como dito anteriormente, a conexão de novos recursos de geração a uma rede de distribuição modifica seu comportamento passivo para uma atuação ativa, onde os fluxos de potência poderão ocorrer também em sentido contrário ao que se verificava antes da interligação de novos geradores, sendo, neste caso, do tipo eólico.

Esta nova configuração de sistema de potência exige a realização de estudos detalhados a respeito do impacto que perturbações, tais como alterações severas e repentinas de cargas, operações de chaveamento ou a ocorrência de faltas elétricas, possam acarretar na estabilidade transitória do sistema elétrico.

Nesse sentido, o presente capítulo destina-se a apresentar um conjunto de casos ilustrativos, que simulam contingências diversas no sistema eólico-elétrico e que permitem aferir o seu desempenho dinâmico global. A seleção dos casos a serem exibidos nesta etapa dos estudos teve como parâmetro o fato de tratar-se de situações comumente verificadas nos sistemas elétricos e que permitam ilustrar bem o desempenho e potencialidades do programa desenvolvido. Por outro lado, objetiva-se, também, avaliar a performance do modelo da central eólica implementada, perante o sistema ao qual se encontra acoplada, e sob as diversas condições operativas estabelecidas. Como visto no capítulo precedente, o aerogerador abordado consiste de um modelo de sistema eólico a velocidade variável, equipado com um gerador síncrono com rotor bobinado e controle da potência aerodinâmica através da variação do ângulo de passo das pás (pitch control).

As contingências impostas nos estudos de casos investigativos do sistema elétrico de potência podem ser sumarizadas nos tipos seguintes: curto-circuito trifásico, perda de carga e perda de geração.