Desenvolvimento da eletrónica de potência para um sistema microeólico com interligação à rede elétrica

Abstract

Na atualidade, cada vez mais as pessoas dependem da energia elétrica para o seu dia-a-dia. Com a chegada dos veículos elétricos, para substituírem os bem disseminados veículos com motor de combustão, surge a necessidade de aumentar os meios de produção de energia elétrica no mundo, de modo a possibilitar a circulação de uma grande frota de veículos elétricos. Com as reservas dos combustíveis fósseis a diminuírem, a tendência de subida dos preços, as fontes de energias renováveis apresentam-se como a solução mais viável para a produção de energia elétrica, pois são mais ecológicas e usam recursos naturais que não se esgotam. Esta dissertação de mestrado descreve o desenvolvimento da eletrónica de potência para um sistema microeólico com interligação à rede elétrica. O protótipo desenvolvido permite extrair a potência máxima do gerador síncrono de ímanes permanentes, para diferentes velocidades de rotação, manter o barramento CC regulado, e injetar correntes na rede elétrica com uma forma de onda sinusoidal, e com um fator de potência quase unitário. Neste documento são apresentados diferentes tipos de turbinas eólicas e descritos os componentes que as constituem. Além disso, são apresentadas as várias topologias existentes de sistemas microeólicos com interligação à rede elétrica. Posteriormente são descritas algumas teorias de controlo que permitem manter o barramento CC regulado e injetar correntes sinusoidais na rede elétrica. É também apresentado o algoritmo de controlo MPPT (Maximum Power Point Tracking) que possibilita seguir o ponto de máxima potência do gerador. Na realização deste trabalho foi possível validar a topologia escolhida para interligação do sistema microeólico à rede elétrica e os algoritmos de controlo utilizados, numa primeira fase a partir dos resultados obtidos nas simulações computacionais realizadas, e numa segunda fase através dos resultados obtidos nos vários testes experimentais realizados ao sistema microeólico desenvolvido.

Currently, more and more people are dependent on electricity for their everyday life. The arrival of electric vehicles to replace the well disseminated internal combustion engine cars, increased this dependence, so it is necessary to research new means of electricity production in the world. With the fossil fuels reserves decreasing, and consequently rising in the prices, renewable energy sources are a viable solution for electricity production. This kind of electricity production is more environmental friendly and use inexhaustible natural resources. This dissertation describes the development of power electronics converters for a grid connected micro wind turbine system. The developed prototype allows to extract the maximum power from a permanent magnet synchronous generator for different rotational speeds, while maintaining the DC bus voltage regulated and injecting currents in the power grid with a sinusoidal waveform and a quasi-unitary power factor. In this document are presented different types of wind turbines and are described their main components. Moreover, are presented the current topologies for grid connected micro wind turbine systems. Afterwards, are described the control theories that allow the regulation of the DC bus voltage and the injection of sinusoidal currents in the power grid. It is also presented the MPPT (Maximum Power Point Tracking) control algorithm, which allows extracting the maximum power from the generator for a given rotation speed. During this work it was possible to validate the adopted topology for the grid connected micro wind turbine system and the control algorithms. The system was validated, in a first stage by means of computational simulations, and in a second stage through experimental tests performed with the implemented micro wind turbine system.