Estratégia de controle de pitch na captação de energia eólica para turbinas offshore com gerador PMSG

Abstract

A diversificação da matriz elétrica é muito importante para garantir que novas fontes de energia sejam implementadas, garantindo uma maior segurança ao sistema elétrico. A energia proveniente de fontes eólio elétricas vem crescendo continuamente, principalmente em ambientes offshore devido ao potencial de ventos em ambiente marinho, exigindo que as turbinas possuam um controle que seja capaz de proteger o conjunto da turbina e do gerador quando o vento incidente nas pás é maior que o vento nominal suportado. Deste modo, é importante observar a dinâmica dos ventos para indicar o ângulo de controle de pitch apropriado para garantir a segurança do aerogerador, além disso, também é interessante fazer uma associação entre controle de pitch e o coeficiente de potência, com o intuito de verificar o comportamento operativo do gerador para diferentes velocidades de ventos e o real desempenho da turbina. Um dos geradores mais utilizados na geração eólica offshore é o gerador síncrono a imã permanente (PMSG) que possui maior eficiência que o gerador duplamente excitado (DFIG). O controle de pitch é uma opção que garante a segurança da turbina variando as pás após a obtenção do ponto máximo de potência, garantindo um maior coeficiente de potência e uma maior segurança de operação da turbina. Para fazer o controle de pitch, diversos autores recorrem à utilização de uma malha utilizando um controlador PID, apenas diferindo da topologia que será adotada, com a execução de métodos de lógica repetitiva ou pontos de realimentação da malha de controle. Deste modo, o controle de pitch proposto neste trabalho, será um controle PID que envia um sinal de controle aos atuadores das pás que são responsáveis por fazer a rotação das pás.

The diversification of the electrical matrix is very important to ensure that new energy sources are implemented, ensuring greater security for the electrical system. The energy from wind power sources has been growing continuously, especially in offshore environments due to the potential of winds in the marine environment, requiring that the turbines have a control that is capable of protecting the turbine and generator set when the wind incident on the blades is greater. than the rated wind supported. Thus, it is important to observe the dynamics of the winds to indicate the appropriate pitch control angle to ensure the safety of the wind turbine, in addition, it is also interesting to make an association between pitch control and the power coefficient, in order to verify the operating behavior of the generator for different wind speeds and the actual performance of the turbine. One of the most used generators in offshore wind generation is the permanent magnet synchronous generator (PMSG) which has greater efficiency than the doubly excited generator (DFIG). Pitch control is an option that guarantees turbine safety by varying the blades after reaching the maximum power point, ensuring a higher power coefficient and greater safety of turbine operation. To control the pitch, several authors resort to the use of a loop using a PID controller, only differing from the topology that will be adopted, with the execution of repetitive logic methods or feedback points of the control loop. Thus, the pitch control proposed in this work will be a PID control that sends a control signal to the blade actuators that are responsible for rotating the blades.