Modelagem e Simulação de uma Micro Geração Hidroelétrica Conectada à Rede de Energia Elétrica

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Julio Cezar Oliveira de Souza Lescano
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFMS
Texto Completo: https://repositorio.ufms.br/handle/123456789/5348
Resumo: As conventional hydroelectric power plants are reaching physical and environmental constraints, hydrokinetic turbines, which use only a natural flow from the rivers analogous to wind generation, may become a growing solution to overcome these limits. There is still an unexplored hydropower potential, which is more ecologically correct to take advantage of in a distributed and not dammed way. This paper describes a power converter topology and a control system for a hydraulic turbine to inject power into the grid proportional to the river flow rate. The control system is composed of: an MPPT (Maximum Power Point Tracking), which measures the voltage and current in the DC bus and generates a voltage reference of the DC link for the maximum power of the turbine-generator system; by the DC link voltage controller, which provides a reference for the control of electric current injection into the network; and by the single-phase instantaneous current control of the grid-connected voltage source inverter. One of the contributions consists of identifying the operating conditions and limits of the whole system, composed of the hydraulic turbine, the electric generator, and the power converter. The same methodology may be applied to design specific sets of a turbine-generator-converter system for each application.
id UFMS_e44d7803ca006dc347f78d04be254d24
oai_identifier_str oai:repositorio.ufms.br:123456789/5348
network_acronym_str UFMS
network_name_str Repositório Institucional da UFMS
repository_id_str 2124
spelling 2022-11-09T14:14:20Z2022-11-09T14:14:20Z2022https://repositorio.ufms.br/handle/123456789/5348As conventional hydroelectric power plants are reaching physical and environmental constraints, hydrokinetic turbines, which use only a natural flow from the rivers analogous to wind generation, may become a growing solution to overcome these limits. There is still an unexplored hydropower potential, which is more ecologically correct to take advantage of in a distributed and not dammed way. This paper describes a power converter topology and a control system for a hydraulic turbine to inject power into the grid proportional to the river flow rate. The control system is composed of: an MPPT (Maximum Power Point Tracking), which measures the voltage and current in the DC bus and generates a voltage reference of the DC link for the maximum power of the turbine-generator system; by the DC link voltage controller, which provides a reference for the control of electric current injection into the network; and by the single-phase instantaneous current control of the grid-connected voltage source inverter. One of the contributions consists of identifying the operating conditions and limits of the whole system, composed of the hydraulic turbine, the electric generator, and the power converter. The same methodology may be applied to design specific sets of a turbine-generator-converter system for each application.As hidroelétricas convencionais contêm um problema ambiental e social causado pela necessidade de barragens para a criação de reservatório para, além de armazenar água - e consequentemente energia potencial hidráulica - controlar a vazão de água no bico injetor para a turbina. Uma forma de eliminar esses problemas é a geração hidrocinética, que utilizam apenas a vazão natural dos rios, análogos à geração eólica. O presente trabalho primeiramente apresenta um modelo de simulação de uma turbina hidroelétrica do tipo Pelton, utilizando dados coletados em um projeto anterior do autor. Após o modelo gerado para a simulação, a segunda etapa do projeto consiste em elaborar um conversor de potência e um sistema de controle para a injeção de potência na rede elétrica. O sistema de geração é composto por um gerador síncrono de ímã permanente, que tem sua tensão de saída retificada, entregue a um barramento de corrente contínua, que por um inversor fonte de tensão, injeta corrente elétrica na rede. O sistema de controle é composto por: um MPPT (Maximum Power-Point Tracking), que afere a tensão e corrente no barramento de corrente contínua e gera a uma referência de tensão do link CC para a máxima potência do sistema turbina-gerador; um controlador de tensão do link CC, que fornece a referência para o controle de injeção de corrente elétrica na rede; e pelo PLL (Phase-Locked Loop), que produz a modulante para o inversor fonte de tensão. O presente projeto tem outra importante contribuição, que consiste na análise da operação da turbina hidráulica em conjunto com o gerador de ímã permanente e o retificador, onde foi possível identificar a tensão e a potência do conjunto disponível para cada valor de vazão de entrada na turbina. Destaca também os pontos de máxima potência deste sistema, em função da vazão e dos limites físicos de tensão escolhidos para a operação do inversor de tensão a ser conectado à rede elétrica. Por fim, as análises foram repetidas com uma turbina de eixo horizontal, para a validação e aplicação do método, demonstrando a facilidade da metodologia proposta, que pode subsidiar futuros desenvolvimentos e implementações práticas.Fundação Universidade Federal de Mato Grosso do SulUFMSBrasilGeração Hidrocinética, Conectado à rede elétrica, MPPT, Sistemas de controle.Modelagem e Simulação de uma Micro Geração Hidroelétrica Conectada à Rede de Energia Elétricainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisLuigi Galotto JuniorJulio Cezar Oliveira de Souza Lescanoinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFMSinstname:Universidade Federal de Mato Grosso do Sul (UFMS)instacron:UFMSORIGINALDissertação_PPGEE_UFMS_Júlio.pdfDissertação_PPGEE_UFMS_Júlio.pdfapplication/pdf5692487https://repositorio.ufms.br/bitstream/123456789/5348/-1/Disserta%c3%a7%c3%a3o_PPGEE_UFMS_J%c3%balio.pdf14bda4d060368bfb54e33b88b30bedd4MD5-1123456789/53482022-11-09 10:14:21.258oai:repositorio.ufms.br:123456789/5348Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufms.br/oai/requestri.prograd@ufms.bropendoar:21242022-11-09T14:14:21Repositório Institucional da UFMS - Universidade Federal de Mato Grosso do Sul (UFMS)false
dc.title.pt_BR.fl_str_mv Modelagem e Simulação de uma Micro Geração Hidroelétrica Conectada à Rede de Energia Elétrica
title Modelagem e Simulação de uma Micro Geração Hidroelétrica Conectada à Rede de Energia Elétrica
spellingShingle Modelagem e Simulação de uma Micro Geração Hidroelétrica Conectada à Rede de Energia Elétrica
Julio Cezar Oliveira de Souza Lescano
Geração Hidrocinética, Conectado à rede elétrica, MPPT, Sistemas de controle.
title_short Modelagem e Simulação de uma Micro Geração Hidroelétrica Conectada à Rede de Energia Elétrica
title_full Modelagem e Simulação de uma Micro Geração Hidroelétrica Conectada à Rede de Energia Elétrica
title_fullStr Modelagem e Simulação de uma Micro Geração Hidroelétrica Conectada à Rede de Energia Elétrica
title_full_unstemmed Modelagem e Simulação de uma Micro Geração Hidroelétrica Conectada à Rede de Energia Elétrica
title_sort Modelagem e Simulação de uma Micro Geração Hidroelétrica Conectada à Rede de Energia Elétrica
author Julio Cezar Oliveira de Souza Lescano
author_facet Julio Cezar Oliveira de Souza Lescano
author_role author
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Luigi Galotto Junior
dc.contributor.author.fl_str_mv Julio Cezar Oliveira de Souza Lescano
contributor_str_mv Luigi Galotto Junior
dc.subject.por.fl_str_mv Geração Hidrocinética, Conectado à rede elétrica, MPPT, Sistemas de controle.
topic Geração Hidrocinética, Conectado à rede elétrica, MPPT, Sistemas de controle.
description As conventional hydroelectric power plants are reaching physical and environmental constraints, hydrokinetic turbines, which use only a natural flow from the rivers analogous to wind generation, may become a growing solution to overcome these limits. There is still an unexplored hydropower potential, which is more ecologically correct to take advantage of in a distributed and not dammed way. This paper describes a power converter topology and a control system for a hydraulic turbine to inject power into the grid proportional to the river flow rate. The control system is composed of: an MPPT (Maximum Power Point Tracking), which measures the voltage and current in the DC bus and generates a voltage reference of the DC link for the maximum power of the turbine-generator system; by the DC link voltage controller, which provides a reference for the control of electric current injection into the network; and by the single-phase instantaneous current control of the grid-connected voltage source inverter. One of the contributions consists of identifying the operating conditions and limits of the whole system, composed of the hydraulic turbine, the electric generator, and the power converter. The same methodology may be applied to design specific sets of a turbine-generator-converter system for each application.
publishDate 2022
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2022-11-09T14:14:20Z
dc.date.available.fl_str_mv 2022-11-09T14:14:20Z
dc.date.issued.fl_str_mv 2022
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://repositorio.ufms.br/handle/123456789/5348
url https://repositorio.ufms.br/handle/123456789/5348
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.publisher.none.fl_str_mv Fundação Universidade Federal de Mato Grosso do Sul
dc.publisher.initials.fl_str_mv UFMS
dc.publisher.country.fl_str_mv Brasil
publisher.none.fl_str_mv Fundação Universidade Federal de Mato Grosso do Sul
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFMS
instname:Universidade Federal de Mato Grosso do Sul (UFMS)
instacron:UFMS
instname_str Universidade Federal de Mato Grosso do Sul (UFMS)
instacron_str UFMS
institution UFMS
reponame_str Repositório Institucional da UFMS
collection Repositório Institucional da UFMS
bitstream.url.fl_str_mv https://repositorio.ufms.br/bitstream/123456789/5348/-1/Disserta%c3%a7%c3%a3o_PPGEE_UFMS_J%c3%balio.pdf
bitstream.checksum.fl_str_mv 14bda4d060368bfb54e33b88b30bedd4
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFMS - Universidade Federal de Mato Grosso do Sul (UFMS)
repository.mail.fl_str_mv ri.prograd@ufms.br
_version_ 1807552828494839808