FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO
Ligação à Rede Elé ica de
Mic oge ação Eólica
Ví o José La ado Sousa
Mes ado In eg ado em Engenha ia Ele o écnica e de Compu ado es
O ien ado : An ónio José de Pina Ma ins
15 de Ab il de 2015
c
Ví o Sousa, 2015
Resumo
Dadas as p eocupações ambien ais que exis em cada ez mais no dia a dia em elação aos
combus í eis ósseis, aliadas ao esgo amen o das suas ese as na u ais, mé odos al e na i os são
p ocu ados pa a a ex ação de ene gia que é undamen al pa a o se humano. Como o en o é uma
das on es de ene gia mais abundan es, i ualmen e in ini a e eno á el, os sis emas de con e são
de ene gia eólica êm ecebido cada ez mais a enção po pa e da comunidade cien í ica, pa a que
se possa ob e o maio endimen o possí el dos mesmos.
Na ealização do p oje o desc i o nes e documen o, o es udo de á ias opologias e mé odos
de con olo é e e uado. Com o in ui o de ealiza a simulação de um sis ema de con e são de
ene gia eólica, uma opologia é escolhida e o sis ema é dimensionado, de o ma a que a solução
encon ada possa se gene alizada, com apenas a al e ação de alguns a o es que condicionam o
sis ema. Dois mé odos de con olo de Maximum Powe Poin T acking o am implemen ados, e os
di e en es esul ados pa a cada um deles o am encon ados, endo ainda em conside ação á ias
sé ies empo ais de elocidade do en o que es em a dinâmica do sis ema. Uma compa ação
en e os esul ados oi e e uada e á ias conclusões o am e i adas em elação a cada mé odo de
con olo.
i
ii

Abs ac
Gi en he en i onmen al conce ns ha g ow e e yday ela ed o ossil uel and he deple ion
o i s na u al ese es, al e na i e me hods a e esea ched in o he o ex ac he ene gy ha is
undamen al o mankind. Being he wind one o he mos abundan , i ually in ini e and enewa-
ble sou ces, he wind ene gy con e sion sys ems ha e been gi en a spo ligh by he scien i ic
communi y in o de o ob ain maximum possible e iciency om hem.
Du ing he ul illmen o he p ojec desc ibed in his documen , he s udy o se e al opologies
and con ol me hods we e made. Aiming o he simula ion o a wind ene gy con e sion sys em,
one opology is chosen and he sys em is designed in o de o p o ide a gene al solu ion ha only
equi es some changes gi en he sys em’s speci ica ions. Two Maximum Powe Poi T acking
con ol me hods we e applied and he a ious esul s we e ound o each one o hem, conside ing
di e en wind speed ime se ies ha es he sys em’s dynamics. A compa ison was made be ween
he dis inc esul s and se e al deduc ions we e made o he applica ion o each me hod.
iii
i
Con eúdo
1 In odução 1
1.1 Mo i ação...................................... 1
1.2 Obje i osdop oje o................................. 1
1.3 Es u u adaDisse ação .............................. 2
2 Es ado da A e 3
2.1 In odução...................................... 3
2.2 Aene giaeólica................................... 4
2.3 Osmé odosdecon olo............................... 11
2.4 Máquina elé ica: ge ado de indução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.5 Máquina elé ica: ge ado sínc ono . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.6 Máquina elé ica: ge ado de indução duplamen e alimen ado . . . . . . . . . . . 16
2.7 Máquina elé ica: ge ado sínc ono de ímanes pe manen es . . . . . . . . . . . . 20
2.8 Casodees udo ................................... 23
2.9 Sin e ização da on e de ene gia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.10Resumo ....................................... 26
3 Dimensionamen o do Sis ema 27
3.1 Ca ac e ização do p oblema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.2 O con e so CC/CC ele ado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.2.1 Topologia e dimensionamen o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.2.2 Omodelodemédia............................. 35
3.3 O conjun o u bina e ge ado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.4 Sé ies de en o a u iliza na simulação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.5 Resumo ....................................... 47
4 Aplicação dos Mé odos de Con olo MPPT 49
4.1 Mé ododecon oloTSR .............................. 49
4.2 Resul ados do mé odo de con olo TSR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4.2.1 Resul ados do mé odo de con olo TSR: sé ies a i iciais de elocidade do
en o .................................... 52
4.2.2 Resul ados do mé odo de con olo TSR: sé ies eais de elocidade do en o 58
4.3 Mé ododecon oloPSF .............................. 63
4.4 Resul ados do mé odo de con olo PSF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.4.1 Resul ados do mé odo de con olo PSF: sé ies a i iciais de elocidade do
en o .................................... 65
4.4.2 Resul ados do mé odo de con olo PSF: sé ies eais de elocidade do en o 72
4.5 Compa açãode esul ados ............................. 77
i CONTEÚDO
4.5.1 Compa ação de esul ados ob idos: p imei a sé ie eal de elocidade do
en o .................................... 77
4.5.2 Compa ação de esul ados ob idos: segunda sé ie eal de elocidade do
en o .................................... 80
4.5.3 Compa ação de esul ados ob idos: conclusões . . . . . . . . . . . . . . 82
4.6 Resumo ....................................... 82
5 Conclusões e T abalho Fu u o 85
5.1 Sa is açãodosObjec i os.............................. 85
5.2 T abalhoFu u o................................... 86
Re e ências 89
Capí ulo 1
In odução
1.1 Mo i ação
Os sis emas de con e são de ene gia eólica êm indo a se al o de g ande a enção como
uma on e de ene gia. O en o, que cuja ene gia ciné ica é con e ida em ene gia elé ica nes es
sis emas, exis e em abundância e la gamen e dis ibuído, o nando es a ene gia numa ene gia eno-
á el. O g ande in e esse su ge de ido ao ac o de as ese as de combus í el óssil se começa em
a esgo a e de exis i em p eocupações ambien ais, di ec amen e elacionadas com os mesmos com-
bus í eis ósseis poluen es e com os impac os c iados pela ene gia nuclea , nos países em que es a
é ap o ei ada. Podendo, en ão, os sis emas de con e são de ene gia eólica se em conside ados
como uma al e na i a aos sis emas baseados em combus í eis ósseis, os mesmos con ibuem pa a
a edução da emissão de gases de es u a pa a a a mos e a, o nando ambém a ene gia eólica numa
on e de ene gia sus en á el.
A o e impulsão que exis e na in es igação dos sis emas de con e são de ene gia eólica, em
elação às ou as ene gias eno á eis, p ende-se ao ac o dos ápidos a anços que se êm obse ado
na edução do amanho dos ge ado es u ilizados nos mesmos. Aliado a isso, exis e um g ande
desen ol imen o na ele ónica de po ência u ilizada nes es sis emas.
Facilmen e se conclui que, como on e ene gia sus en á el, e como ecnologia que em ido
la gos a anços nos úl imos anos, a ene gia eólica é um ipo de ene gia que, apesa de já se encon a
p esen e nos dias de hoje, e á uma maio con ibuição na p odução de ene gia elé ica no u u o.
Como al, exis e um g ande in e esse em p ocu a a o ma mais en á el pa a essa p odução exis i .
1.2 Obje i os do p oje o
•Es uda , analisa e ca ac e iza soluções de condicionamen o de ene gia eólica no âmbi o da
mic o-ge ação (meno que 10 kW de p odução) com ligação à ede elé ica.
•Ca ac e iza o ecu so p imá io: elocidade do en o. Sis ema iza os ge ado es elé icos e
os con e so es ele ónicos de po ência aplicá eis nes e domínio.
1

2In odução
•Simula a solução global seleccionada e ca ac e iza os esul ados.
1.3 Es u u a da Disse ação
Pa a além da in odução, es a disse ação con ém mais qua o capí ulos. No Capí ulo 2, é
desc i o o es ado da a e e são ap esen ados abalhos elacionados ou de ele ância pa a a elabo-
ação des e documen o, assim como demons ados conhecimen os undamen ais pa a a ealização
do p oje o em causa. No Capí ulo 3é elabo ado o dimensionamen o do sis ema de con e são de
ene gia eólica em es udo. São ambém ap esen adas as sé ies empo ais de elocidade do en o
que se i ão pa a ealiza a simulação dos mé odos de con olo a aplica ao mesmo. No Capí ulo
4são desc i os os mé odos de con olo de Maximum Powe Poin T acking que se ão aplicados
ao sis ema dimensionado no capí ulo an e io . São ob idos di e sos esul ados pa a cada um dos
mé odos, endo em con a as sé ies empo ais de elocidade de en o escolhidas pa a os es a , e é
elabo ada uma compa ação de esul ados. Os esul ados são de idamen e ilus ados e jus i icados,
pe mi indo e i a conclusões sob e cada um dos mé odos de con olo. No Capí ulo 5são elabo a-
das as di e sas conclusões i adas du an e o deco e do p oje o de que oi al o des e documen o.
São i adas ambém algumas no as sob e abalho u u o a desen ol e pa a que o mesmo p oje o
possa ac escen a no seu alo .
Capí ulo 2
Es ado da A e
No p esen e capí ulo se á ealizado um le an amen o de odo o ma e ial que se mos e ele-
an e pa a a ealização do p oje o. Es e ma e ial de e basea -se em abalhos já ealizados e que
possuam ele ância pa a o mesmo, com os de idos undamen os idos em con a. Conside ando
o ema da disse ação de que é al o es e documen o, nes e capí ulo se á ei a uma desc ição dos
undamen os da ene gia eólica e da sua ex ação po pa e de um sis ema de con e são da mesma.
Se ão abo dadas as á ias opologias aplicá eis, assim como os mé odos de con olo de Maxi-
mum Powe Poin T acking que podem se u ilizadas nas mesmas. Um caso de es udo é e e ido,
que possui uma solução al e na i a às que o am desc i as an e io men e. Po im, é demons ado
como se pode ealiza a sin e ização do compo amen o do en o, no que e e e à sua elocidade,
pa a que a mesma possa se u ilizada em ambien e de simulação.
2.1 In odução
A con igu ação básica de um sis ema de con e são de ene gia eólica pode se di idida em duas
pa es dis in as: uma pa e mecânica e uma pa e elé ica, como se pode obse a na Figu a 2.1.
A pa e mecânica é esponsá el po ex ai a ene gia ciné ica do en o e ans e i-la a um ge ado
elé ico. Es e ge ado ans o ma a ene gia mecânica em ene gia elé ica, disponibilizando-a à
pa e elé ica. Es a pa e, cons i uída po componen es de ele ónica de po ência, é esponsá el
po manipula essa ene gia, pa a que a mesma possa en iada pa a a ede elé ica [1].
Figu a 2.1: Con igu ação básica de um sis ema de con e são de ene gia eólica [1].
3
4Es ado da A e
A pa e mecânica do sis ema é cons i uída po uma u bina, e pode inclui ou não uma caixa de
elocidades. A u bina, que ecebe o en o exis en e numa di eção pe pendicula à á ea desc i a
pela o ação da sua hélice, ans e e a ene gia ciné ica do mesmo pa a um eio mecânico, sob a
o ma de biná io e de elocidade de o ação do mesmo. Se exis i uma caixa de elocidades, é
possí el aplica uma elação de ans o mação en e o biná io e a elocidade de o ação, ans e-
indo es es no os alo es pa a o ge ado elé ico. Es e ge ado , que ma ca a on ei a en e a pa e
mecânica e a pa e elé ica do sis ema, ans o ma es es alo es em alo es de ensão e co en e, a
uma dada equência.
A pa e elé ica do sis ema é cons i uída po componen es ele ónicos, esponsá eis pela con-
e são e con olo de po ência. Pa a que a ene gia possa se en iada pa a a ede elé ica, é neces-
sá io que o ní el de ensão à saída dos subsis emas de con e são e con olo de po ência seja igual,
assim como a equência, e ambos de em se cons an es [4].
Pa a um sis ema de con e são de ene gia eólica, di e sas abo dagens podem se omadas pa a
ealiza a implemen ação do sis ema. Es as abo dagens di e em nas máquinas elé icas u ilizadas
pa a a ge ação de ene gia, nas di e en es opologias pa a os componen es que e e uam a con e são
e con olo de po ência e nos p óp ios mé odos de con olo usados nesses componen es [4].
Nes e documen o, as di e sas abo dagens pa a a implemen ação de um sis ema de con e são
de ene gia eólica são es udados. Cada abo dagem se á omada em con a, endo como e e ên-
cia a máquina elé ica em causa, as di e sas opologias pa a a con e são e con olo de po ência
aplicá eis a essa máquina e o mé odo de con olo que mais se adequa às mesmas. No en an o, é
necessá io e em con a algumas conside ações eó icas pa a se pode analisa co e amen e essas
abo dagens. Tais conside ações são enunciadas nas duas secções seguin es.
2.2 A ene gia eólica
Pa a a ene gia do en o pode se co e amen e cap u ada, á ios aspec os undamen ais de em
se conside ados, como a densidade do a , a á ea desc i a pelas pás da u bina e a elocidade do
en o.
A o ça aplicada às pás da u bina, pelo en o, é maio pa a maio es densidades do a . Essa
o ça i á ge a biná io na u bina, que p o oca a o ação das pás. Po an o, a ene gia ciné ica
do en o depende da densidade do a , ou seja, quan o mais denso (pesado) o o a , maio a sua
ene gia ciné ica [2].
A á ea de o ação da u bina ambém ep esen a um a o impo an e pa a a ge ação de ene gia
eólica. Quan o maio es o em as pás da u bina, maio é a á ea de o ação da u bina. Pa a, as
mesmas condições de uncionamen o da u bina, quan o maio o es a á ea de o ação, maio é a
quan idade de ene gia eólica que pode se cap u ada pelo sis ema [2].
A ene gia ciné ica do en o é ambém maio com elocidades maio es, como se ia de espe a .
A ene gia ciné ica do en o é dada po
Ec=1
2m 2=1
2ρVa 2=1
2ρAd 2=1
2ρR2πd 2,(2.1)
2.2 A ene gia eólica 5
em que m ep esen a a massa do olume de a que a a essa a u bina, a elocidade do en o,
ρa densidade do a , Va o olume de a que a a essa a u bina, Aa á ea de o ação da u bina,
da g ossu a do “disco” de a que a a essa a u bina e Ro aio da á ea de o ação da u bina
(cump imen o da pá). Es as ca ac e ís icas são ilus adas na Figu a 2.2 [2].
Figu a 2.2: Ilus ação da ene gia ciné ica do en o [2].
A po ência ge ada po uma u bina é dada po
P=Ec
=1
2ρR2πd
2=1
2ρR2π 3,(2.2)
onde ep esen a o empo que a massa de a demo a a a a essa a u bina. A a és des a
exp essão, é possí el conclui que a po ência ins an ânea de uma u bina depende di e amen e do
cubo da elocidade ins an ânea do en o [2].
A lei de Be z demons a qual é o alo máximo eó ico de po ência que pode se ex aído da
on e de ene gia eólica do local. Depois de passa pela u bina, ou seja, depois de a ene gia se
ex aída, a elocidade do en o diminui d as icamen e. Exis em, po an o, duas elocidades pa a o
en o quando se ex ai ene gia eólica: a elocidade an es e a elocidade depois passa pela u bina.
Tendo em con a o dec éscimo de elocidade, é possí el de e mina a po ência ex aída do en o
[2].
A po ência ex aída do en o é en ão dada po
Pex =Ec,ex
=1
2ρR2πd
( 2
a− 2
d) = 1
2ρR2π d+ a
2( 2
a− 2
d),(2.3)
6Es ado da A e
onde a ep esen a a elocidade do en o an es de o mesmo passa pela u bina, e onde d
ep esen a a elocidade do en o depois de passa pela u bina. Sendo ago a possí el de e mina
a quan idade de po ência que es á a se ex aída, pode-se calcula qual a elação en e essa mesma
po ência e a po ência o al do en o:
P
o al =1
2ρR2π 3
a; (2.4)
Pex
P
o al
=( d+ a)( 2
a− 2
d)
2 2
a
=1
2(1− 2
d
2
a
)(1+ d
a
).(2.5)
Tendo p esen e a equação que elaciona as duas po ências, é possí el de e mina o seu alo
máximo em elação a d/ a, que é a elação en e as duas elocidades:
d(Pex /P
o al)
d( d/ a)=1
2[−3( d
a
)2−2 d
a
+1] = 0.(2.6)
Resol endo a equação em o dem a d/ a, conclui-se que:
d
a
=1
3.(2.7)
Sabendo que a máxima po ência a se ex aída do en o se dá pa a es a elação en e as duas
elocidades, é possí el de e mina o máximo da po ência que pode se ex aída:
Pex
P
o al  d/ a=1/3≈59,3%.(2.8)
Es a equação demons a como a po ência máxima que pode se ex aída é de ap oximadamen e
59,3% da po ência disponí el do en o, como é ilus ado na Figu a 2.3 [2]. Não é possí el ex ai
100% da ene gia do en o po que a elocidade do mesmo após passa pela u bina não pode se
igual a ze o. A lei de Be z p o a que o máximo eó ico de po ência que pode se ex aída é de
ap oximadamen e 59%. No en an o, na p á ica, a e dadei a e iciência do sis ema de con e são
eólica é um pouco di e en e [2].

2.2 A ene gia eólica 7
Figu a 2.3: Máximo eó ico da po ência que pode se ex aída do en o [2].
As u binas eólicas podem se ca ac e izadas pela sua cu a de po ência. A cu a de po ência
de uma u bina é um diag ama que elaciona uma po ência especí ica de saída do sis ema com
di e sas elocidades de en o. Es as são compos as po uma sé ie de medidas, pa a uma dada
u bina, pa a di e en es elocidades de en o.
As elocidades do en o que de em se conside adas pa a um sis ema de con e são de ene gia
eólica, e nas espe i as cu as de po ência, de em es a comp eendidas en e a elocidade mínima
pa a o a anque do ge ado - cu -in speed - e a elocidade de co e da u bina - cu -ou speed
(du an e o uncionamen o da mesma, se a elocidade do en o a ingi um alo que comp ome a
a in eg idade de odo o sis ema, a u bina de e se pa ada). Tan o as pás, como os cabos que
compõem as u binas, são susce í eis danos du an e essas elocidades al as de en o [2].
A cu a de po ência da u bina di e e com o ipo de con olo das pás da mesma. O con olo é
um de dois ipos: do ipo s all ou do ipo pi ch. O ipo s all implica que o con olo e e uado nas pás
da u bina é ei o a a és da ae odinâmica das mesmas e da u bina. O con olo do ipo pi ch al e a
o ângulo das pás da u bina, consoan e a elocidade do en o que passa pela mesma. O ângulo
pi ch é de inido pelo ângulo en e a supe ície da pá e o plano onde se dá a e olução da mesma. Na
Figu a 2.4 [2] é possí el obse a a in luência des e ipo de con olo na cu a a acejado, ha endo
p opo cionalidade di e a en e a po ência e a elocidade do en o, e es abilizando a po ência da
u bina no seu alo nominal, mesmo na p esença de alo es ele ados de elocidade do en o [2].
8Es ado da A e
Figu a 2.4: Cu a de po ência de uma u bina eólica e as di e en es zonas que a ca ac e izam [2].
Ou a ca ac e ís ica especí ica de cada u bina é o seu coe icien e de po ência. O coe icien e
de po ência ep esen a a elação que exis e en e a po ência de saída da u bina eólica e a po ência
o al do en o, a qual depende da sua elocidade. Na Figu a 2.5 [2] é possí el obse a a a iação
do coe icien e de po ência de uma u bina com a elocidade do en o. Es e coe icien e possui
semp e um alo máximo, pa a que se possa aze a máxima ex ação de po ência pela u bina.
A geome ia da p óp ia u bina in luencia es e coe icien e, em pa icula , a es u u a ae odinâmica
das pás [2].
Figu a 2.5: Coe icien e de po ência de uma u bina eólica [2].
Assim, cada u bina possui um coe icien e de po ência especí ico, que a ia á com a elação
2.2 A ene gia eólica 9
da elocidade de pon a λe com o ângulo pi ch β. Na Figu a 2.6 [3] é possí el obse a a a iação
da po ência que pode se ex aída do en o em unção do TSR, endo em con a o ângulo das pás.
Figu a 2.6: Po ência que é possí el ex ai do en o em unção do TSR, conside ando o ângulo
pi ch das pás [3].
A po ência ex aída do en o passa en ão a se dada po
P
o al =1
2ρcp(λ,β)R2π 3
a,(2.9)
onde cp(λ,β)o coe icien e de po ência, como unção da elação de elocidade de pon a λe
do ângulo pi ch β, e a ep esen a a elocidade do en o an es de passa pela u bina [2].
A elação da elocidade λé no malmen e é designada de ip speed a io (TSR). A TSR é dada
po [6]
λ=ω R/ w,(2.10)
onde ω é a elocidade angula de o ação da u bina. A equação dinâmica que desc e e a
u bina eólica é dada po
dω /d = (1/J)[Tm−TL−Fω ],(2.11)
10 Es ado da A e
em que Jé a iné cia do sis ema, Fé o coe icien e de iscosidade da máquina elé ica, Tmé
o biná io debi ado pela u bina e TLé o biná io da ca ga, que nes e caso, co esponde ao biná io
ele omagné ico [6].
Se se conside a que a u bina não possui con olo de pi ch angle, ou que o mesmo é semp e
man ido a ze o, é possí el conclui que o alo máximo de cp,max é dado po um alo ó imo de
TSR λop [4]. Es a elação pode se obse ada na Figu a 2.7 [4].
Figu a 2.7: Exemplo de uma elação en e o coe icien e de po ência e a elação da elocidade da
pon a [4].
A pa i des e ac o, pode-se conclui que a máxima po ência que pode se ge ada é dada po
[6]
Po,max =kop ω3
,op ,(2.12)
onde
kop =πρcp,maxR5
2λ2
op
; (2.13)
ωop =λop w
R.(2.14)
A máxima po ência que pode se ge ada passa a se dada po uma elocidade o ação ó ima
da u bina ωop . A es a elocidade de o ação ó ima i á co esponde um alo de TSR ó imo λop ,
que se á semp e o alo desejado pa a ex ai a máxima po ência. É possí el alcança es e alo
a a és do con olo da elocidade de o ação da u bina [6]. Na Figu a 2.8 [5] pode-se obse a um
exemplo de uma cu a ca ac e ís ica da a iação da po ência de saída com a a iação da elocidade
de o ação pa a uma dada elocidade do en o.
2.6 Máquina elé ica: ge ado de indução duplamen e alimen ado 17
é dis ibuída pa a o con e so (num alo supe io ao sup aci ado, mas ela i amen e p óximo).
O con e so não em necessa iamen e de se o ilus ado nes a igu a, como se demons a á de
seguida.
Di e sas opologias pa a os con e so es podem se aplicadas a es e ipo de aplicação. Uma
possí el solução é a u ilização de um e i icado a díodos no lado da máquina e um in e so a
i ís o es do lado da ede, ambém conhecida como s a ic K ame d i e, que se encon a ilus ada
na Figu a 2.16 [4]. A a és de um con olo do ipo sliding mode, a inge-se um bom comp omisso
en e a e iciência da con e são e a sua ização do biná io oscila ó io, e es e apenas con ola á o
ângulo de dispa o dos i ís o es.
Figu a 2.15: T ânsi o de po ência em (a) sub-sinc onismo e (b) sob e-sinc onismo [2].
Figu a 2.16: Ge ado de indução duplamen e alimen ado com opologia de con e são s a ic K a-
me d i e [4].
A a és da Figu a 2.15, é possí el pe cebe que es a opologia apenas unciona á se o ge ado
se encon a no modo de sinc onismo, is o que o ânsi o de ene gia nos con e so es apenas se
dá do ge ado pa a a ede. Pa a con o na es e p oblema, pode-se subs i ui a pon e ec i icado a
a díodos po ou o con e so a i ís o es. Podendo ago a exis i ânsi o de ene gia ea i a pa a o
o o , a e iciência desejada do sis ema pode se conseguida. No en an o, com a pon e ec i icado a,
o sis ema p oduz maio po ência de ido à inexis ência de ene gia ea i a. Os g andes incon eni-
en es des a opologia consis em em p oblemas de comu ação e c iação de dis o ção ha mónica po

18 Es ado da A e
pa e do con e so do lado da ede [4]. O con olo em sliding mode é um con olo MPPT HCS.
As a iá eis são manipuladas e conduzem o sis ema num p ocesso i e a i o que p ocu a o pon o
de po ência máxima desejado. O pon o desejado é de e minado a a és do mé odo de p ocu a de
máximo, que se baseia no ac o de
dP/dω=0,(2.15)
no alo máximo de po ência disponí el.
Uma opologia baseada em dois con e so es back- o-back, é aplicá el a es e sis ema de con-
e são de ene gia eólica com ge ado de indução duplamen e alimen ado. A mesma encon a-se
já ilus ada na Figu a 2.15, e mais em de alhe na Figu a 2.17 [4]. As po ências a i a e ea i a são
con oladas pelo con e so do lado da ede a a és da aplicação de modulação po la gu a de pulso
a a és de e o es de espaço, ou space ec o PWM (SVPWM). O eixo d do e e encial é o ien ado
pelo e o de ensão da ede. A a és da egulação da componen e di e a da co en e, é possí el
con ola a pa e a i a da po ência e egula a ensão do ba amen o CC, enquan o que o con olo
da componen e em quad a u a da co en e pe mi e con ola a pa e ea i a da mesma. O SVPWM
se á ambém aplicado ao con e so do lado do ge ado , es ando o seu e e encial o ien ado di e-
amen e com o e o do luxo no es a o . Es a escolha no e e encial pe mi e que o máximo da
ene gia seja ans e ida e que se possa con ola sepa adamen e o biná io e a exci ação ( luxo) do
mo o . Assim sendo, decompondo a co en e do o o nos eixos d-q, é possí el con ola o biná io
ele omagné ico com a componen e di e a e con ola o a o de po ência com a componen e em
quad a u a [4]. Es a opologia pode supo a um mé odo MPPT do ipo PSF, no qual um con o-
lado uzzy ecebe ia como en adas os alo es d-q da ensão do o o , que i ão co esponde às
a iá eis pa a o con olo das po ências a i a e ea i a, espe i amen e. Como sinais de e e ência,
as a iá ei con ola iam a modulação do con e so [6].
Figu a 2.17: Ge ado de indução duplamen e alimen ado com opologia de con e so es back- o-
back [4].
Se se adicionasse uma ba e ia ao ba amen o CC, se ia possí el ealiza a mazenamen o de
ene gia e, ao mesmo empo, es abiliza a ensão do ba amen o. O con e so do lado da ede
passa ia a con ola a ans e ência de ene gia a i a en e a ba e ia e a ede elé ica. A ene gia
2.6 Máquina elé ica: ge ado de indução duplamen e alimen ado 19
podia se a mazenada em al u as de en os o es e se ans e ida pa a a ede quando equisi ada
[4].
Um ou o mé odo de con olo possui um algo i mo que unciona com base no mé odo MPPT
HCS. A e e ência dos eixos d-q é igual à das soluções sup aci adas. Va iando a elocidade de
o ação, o algo i mo p ocu a inc emen os na po ência p oduzida. Se não exis i uma mudança
do alo da po ência den o de uma gama de alo es es ipulada, o con olado não pe u ba a
elocidade de o ação da u bina. Se as dinâmicas do con olado de elocidade o em demasiado
ápidas, exis e a possibilidade de su gi em ansien es de ele ado alo no biná io do ge ado [4].
Usando a po ência de saída da u bina e a elocidade da caixa, pode se ei a uma es imação da
elocidade do en o. Tendo es e ac o em con a, um mé odo de MPPT TSR é aplicá el. A po ência
de saída da u bina é uma unção de TSR. Pa a um alo de elocidade da caixa, é possí el chega
a um alo ó imo de TSR. Um no o alo pa a a elocidade da caixa e pa a e e ência da saída são
ge ados, sendo que o e o da po ência de ine o con olo na desejada elocidade da caixa.
Uma solução iá el quan o à opologia do sis ema de con e são é a do con e so de ma iz.
Es e ipo de con e são não possui ba amen o CC nem um a mazenamen o de ene gia olumoso,
e a con e são é ealizada em apenas uma ase de con e são. Es e consis e de dois conjun os de 9
in e up o es bidi ecionais, o alizando 18 in e up o es. Os in e up o es encon am-se ligados de
al manei a que a qualque ase na en ada pode se ligada a uma qualque ase na saída, azendo
com que cada in e up o seja capaz de in e e ou de ec i ica . Pa a o con olo des e con e so
é necessá io aplica uma modulação baseada num duplo SVPWM. O con olo é ei o em con olo
de o ien ação de campo do es a o , conhecido como ield o ien ed con ol (FOC). O eixo d es a á
o ien ado pelo e o de ensão do luxo do es a o . A componen e di e a da co en e do es a o i á
con ola a po ência ea i a do sis ema, enquan o que a componen e em quad a u a con ola á a
po ência a i a. Apesa de apenas u iliza um con e so , o cus o necessá io pa a os componen es
do con e so é maio [4]. Pa a con ola es e sis ema, um mé odo de con olo MPPT que pode se
aplicado é o PSF, is o que com o FOC as po ências a i a e ea i a são con oladas. A linea ização
da ealimen ação do mo o pode se ealizada a a és das po ências a i a e ea i a e ensões d-q
do o o como es ado. As e e ências de comando do con e so passam a se as e e ências de
po ências a i a e ea i a [6]. Es a opologia encon a-se ep esen ada na Figu a 2.18 [4].
Figu a 2.18: Ge ado de indução duplamen e alimen ado com opologia de con e so em ma iz
[4].
20 Es ado da A e
À semelhança do caso dos ge ado es de indução, exis em algumas opologias pouco con en-
cionais em [2], no que oca a sis emas de con e são de ene gia eólica, que usam a mazenamen o
de ene gia.
2.7 Máquina elé ica: ge ado sínc ono de ímanes pe manen es
O ge ado sínc ono de ímanes pe manen es em ido cada ez maio p e e ência no que oca
a sis emas de con e são de ene gia eólica de pequena escala. Vá ios a o es con ibuem pa a es a
endência. A sua densidade de po ência a o á el e e iciência ele ada con ibuem pa a que es e
ipo de ge ado seja cada ez mais u ilizado em pequenas dimensões de sis ema [4]. Is o pe mi e
que o aio das lâminas seja eduzido quando aplicado o acionamen o di e o [6]. A p incipal azão
pa a a sua limi ação em aplicações de ele ada escala de e-se ao ac o de os ímanes pe manen es
se em compos os po um ma e ial magné ico ca o [4].
Po causa da p esença desse mesmo ma e ial ca o, que cons i ui o o o do ge ado , não é
necessá io exci ação ex e na do ge ado , eliminando a necessidade de ob e ene gia ea i a da
ede. Po isso mesmo, as pon es e i icado as a díodos podem se conside adas pa a uma p imei a
ase con e são [4].
Sendo o con e so , do lado do ge ado do sis ema de con e são de ene gia eólica, uma pon e
e i icado a a díodos, á ias opologias pa a o con e so do lado da ede podem se conside adas.
Pa a odas elas, exis e um ba amen o CC en e ambos os con e so es do sis ema em caso.
O con olo con ínuo do ângulo de dispa o de um in e so a i ís o es, é possí el egula a
elocidade da u bina, con olando a ensão do ba amen o CC. Assim, o in e so pode se cons-
i uído po es es semicondu o es [4], como se encon a ilus ado na Figu a 2.19 [4]. Es e mé odo
de con olo MPPT é do ipo TSR, em que é con olada a elocidade de o ação do o o pa a se
encon a o pon o de po ência máxima a um dado momen o [6]. As an agens des a solução são
o baixo cus o do sis ema e pode ob e uma maio po ência es ipulada do que com os sis emas de
al a comu ação. Po con as e, é necessá io um compensado a i o, pa a pedidos de ene gia ea i a
po pa e da ede, e a injeção de con eúdo ha mónico na ede de ido ao in e so a i ís o es [4].
Figu a 2.19: Ge ado sínc ono de ímanes pe manen es com opologia de in e so a i ís o es [4].
2.7 Máquina elé ica: ge ado sínc ono de ímanes pe manen es 21
U ilizando um in e so de equência de comu ação ele ada, com a opologia ipo back- o-
back ep esen ada na Figu a 2.20 [4], é possí el implemen a á ias es a égias de con olo. As
duas es a égias mais abo dadas são a de um mé odo MPPT, que usu ui de um anemóme o pa a
medi a elocidade do en o, e a de ensão ixa no ba amen o CC. A a és da medição da elo-
cidade do en o com um anemóme o, uma no a e e ência de po ência é c iada pelo algo i mo
de MPPT. Es a po ência é compa ada com a po ência a ual do ba amen o CC, u ilizando o e o
en e as duas pa a ge a uma PWM ins an ânea. Como o con olo é ei o a pa i dos alo es de
po ência, es e mé odo MPPT é do ipo PSF. Pa a o mé odo de ensão ixa, a a és de uma es ima-
ção de elocidade do en o, o con e so ixa uma ensão no ba amen o CC, a qual se á um alo
ó imo que co esponde di e amen e ao alo de elocidade de en o es imada. Com essa ensão, o
con olado p e ende ajus a a elocidade de o ação da u bina pa a o seu alo ó imo. T a a-se,
po an o, de um mé odo MPPT TSR. Se se compa a es es dois mé odos de con olo, obse a-se
que o mé odo de con olo MPPT com anemóme o é mais e icien e (cap ando 56-69% da ene gia
disponí el). O mé odo de ensão ixa con inua a se uma solução plausí el, pois apesa de p oduzi
menos ene gia (55-61% da disponí el), es e não possui o senso de elocidade do en o [4].
Figu a 2.20: Ge ado sínc ono de ímanes pe manen es com opologia de in e so de al a comu a-
ção [4].
Se pa a o caso desc i o pela Figu a 2.20 se conside a um con e so CC/CC associado ao ba -
amen o CC, algumas an agens su gem pa a o con olo do sis ema. Es e con e so CC/CC passa
a con ola o biná io ele omagné ico do ge ado , assim como a ensão do ba amen o. Assim, o
in e so em maio lexibilidade de con olo, is o que já não necessi a de con ola a ensão do
ba amen o CC. To na-se possí el con ola a ene gia a i a e ea i a ansmi ida pa a a ede a a és
do in e so , com a modulação SVPWM. Como en adas do con olado do con e so CC/CC, são
conside adas a elocidade da u bina, a ensão e co en e do ba amen o CC e a ensão da ede.
Como saída possui a modulação PWM pa a o con e so [2,4]. Es a opologia é obse ada na
Figu a 2.21 [2].
22 Es ado da A e
Figu a 2.21: Ge ado sínc ono de ímanes pe manen es com um in e so de comu ação al a e um
con e so CC/CC [2].
Um exemplo des a opologia é demons ado em [8], mas onde é u ilizado um indu o supe -
condu o pa a con e so CC/CC. As co en es, an o do lado do ge ado como do lado da ede,
são con oladas a a és de con olo ec o ial indi ec o. O luxo no en e e o é con olado pelo
con e so do lado da máquina a a és da componen e d da co en e do es a o , enquan o que a
componen e q con ola o biná io ele omagné ico. Um mé odo de MPPT TSR é usado pa a a ex-
acção da po ência máxima disponí el. Pa a al, a medição das elocidades do en o e do o o
é e e uada. O con e so do lado da ede é esponsá el pelo con olo do ní el de ensão do ba -
amen o CC. Es e é ambém esponsá el pelo con olo das po ências a i a e ea i a, a a és das
d e q da ensão, espe i amen e. A inclusão de um con e so CC/CC ás odas as an agens já
desc i as nes e capí ulo. Com a u ilização de um indu o supe condu o pa a ealiza a as ocas de
ene gia, an o a capacidade de a mazenamen o como a e iciência sobem bas an e. Bons esul ados
são ob idos com o es udo.
Subs i uindo os dois con e so es do sis ema de con e são de ene gia eólica po dois do ipo
back- o-back, é necessá io usa um e e encial de eixos d-q, em que o eixo d se encon a alinhado
com o luxo do es a o . Assim, se a componen e d da co en e do es a o do man ida em ze o,
é possí el, a a és da componen e q, ob e o máximo biná io elé ico disponí el. Um mé odo
de MPPT do ipo TSR é usado pa a ob e o alo ó imo da elocidade de o ação do o o pa a
uma dada elocidade do en o, ex aindo o máximo de po ência possí el. O Con olado do lado
do ge ado é esponsá el po in e e a ensão do ba amen o CC numa sinusoidal a a és de
con olado es de his e ese [4]. Es a opologia encon a-se ep esen ada na Figu a 2.22 [4].

2.8 Caso de es udo 23
Figu a 2.22: Ge ado sínc ono de ímanes pe manen es com dois con e so es do ipo back- o-back
[4].
2.8 Caso de es udo
Em [6], um caso de es udo é analisado, que de e se al o de análise nes e documen o. Nes e
caso, desen ol ido em [9], um mé odo de con olo pa a o con olado do lado da máquina elé ica
é p opos o. Es e mé odo não necessi a de conhece a elocidade do en o, densidade do a ou
pa âme os da u bina. O con olado é capaz de ge a um con olo ó imo de elocidade, pa a
se usado na ealimen ação de con olo de elocidade de um con e so con olado po o ien ação
e o ial do luxo do o o , e aplica a modulação SVPWM. Es e comando ó imo de elocidade do
o o , que ob iga o sis ema de con e são de ene gia eólica a encon a o pon o máximo de po ência,
é ge ado de aco do com a a iação c iada na po ência de saída do sis ema, de ido a esses mesmos
comandos de elocidade. Es e mé odo de MPPT é do ipo HCS, combinado com o TSR, c iando
pe u bações no sis ema e obse ando a al e ação da po ência de saída. Es e mé odo u iliza a
po ência como a iá el pa a es ima a elocidade do en o. Os mé odos MPPT no malmen e
associados a es imação da elocidade do en o possuem a des an agem de se o na em em algo que
apenas i á se aplicado à u bina em especí ico. Com o mé odo p opos o, o esul ado é um con olo
capaz de e e ua uma gene alização do p oblema, e i ando que es e ipo de con olo se es inja a
uma única aplicação. Pelo mé odo de MPPT TSR, a po ência máxima que se pode ex ai a um
dado momen o apenas exis e pa a uma elocidade do o o ó ima. O con olado de e se capaz de
calcula es a elocidade ó ima a a és da magni ude e da di eção da a iação da po ência na saída
pa a um dado comando de elocidade. Sendo assim, o MPPT ge a uma es imação de elocidade
do o o a se aplicada no con e so , ω∗, que quando aplicada à ealimen ação de elocidade do
con e so do lado da máquina, ob iga o sis ema a encon a um pon o de po ência máxima [9].
Du an e a ope ação do con olado , a a iação so ida pela po ência de saída ∆Po(k)é adqui-
ida. Se essa a iação se encon a en e um alo especí ico máximo ∆PM, e um alo especí ico
mínimo ∆PL, nenhuma al e ação à elocidade de o ação é e e uada. Se ∆Po(k)se encon a o a
des a gama de alo es, en ão o con olado ge a á uma saída seguindo as seguin es eg as:
•Se na amos a a ual exis i um c escimen o na a iação da po ência (∆Po(k)>∆PM), de ido
a um aumen o ou de ido à manu enção do comando de elocidade, o comando de elocidade
sobe o seu alo .
24 Es ado da A e
•Se na amos a a ual exis i um c escimen o na a iação da po ência (∆Po(k)>∆PM), de ido
a uma diminuição do comando de elocidade, o comando de elocidade desce o seu alo .
•Se na amos a a ual exis i um dec escimen o na a iação da po ência (∆Po(k)<∆PL), de-
ido a um aumen o ou de ido à manu enção do comando de elocidade, o comando de
elocidade desce o seu alo .
•Se na amos a a ual exis i um dec escimen o na a iação da po ência (∆Po(k)<∆PL), de-
ido a uma diminuição do comando de elocidade, o comando de elocidade sobe o seu
alo .
Caso exis a a iação do comando de elocidade, es e é calculado a a és de um p odu o en e
∆Po(k)e uma a iá el C, cujos alo es dependem da elocidade do en o es imada. Os alo es
mais adequados pa a Csão de e minados a a és de simulação.
O con olo do sis ema de con e são do lado da ede é ambém e e uado po um con olo
SVPWM. À semelhança dos sis emas an e io men e es udados, o con olo das po ências a i a e
ea i a [9].
Como simulação do p oblema, es e mé odo é aplicado a um sis ema de con e são de ene gia
eólica de elocidade a iá el, com um ge ado sínc ono de ímanes pe manen es. Bons esul ados
são obse ados na simulação, an o pa a egime pe manen e como pa a egime dinâmico.
Analisando as Figu as 2.11 e2.12, é ácil pe cebe o po quê de es e mé odo unciona , na
medida em que é c iada a pe u bação pa a que se encon e o pon o de po ência máxima do sis ema.
2.9 Sin e ização da on e de ene gia
Sendo a simulação de um sis ema de con e são de ene gia eólica o p incipal obje i o da p e-
sen e disse ação, pa a além da modelação de odo sis ema, é ex emamen e impo an e ealiza
uma co e a sin e ização des a on e de ene gia. Vis o que a na u eza do en o apenas pode se
p e is a a é ce o pon o, dada a exis ência de algumas ca ac e ís icas do mesmo que podem oco -
e a qualque momen o, é necessá io c ia um modelo que pe mi a simula o seu e ei o espacial,
nomeadamen e a sua elocidade, quando cap ado pela u bina. Es a elocidade pode se decom-
pos a em qua o componen es: uma componen e de base da elocidade, uma de ajada, uma que
aduza as al e ações ab up as de elocidade ( ampa) e uma componen e de uído [10].
Assim, a elocidade do en o (wind) é dada pela soma des as qua o componen es:
Vw=Vb+Vg+V +Vn,(2.16)
onde Vw ep esen a a elocidade do en o, Vba componen e de base da elocidade do en o,
Vga componen e de ajada (gus ), V componen e a de ampa e Vna componen e de uído (noise),
sendo odas elas em me os po segundo (m/s).
2.9 Sin e ização da on e de ene gia 25
A componen e de base da elocidade do en o é uma cons an e, e é assumido que es a es á
semp e p esen e du an e a simulação.
Vb=kb,(2.17)
em que kbé uma cons an e.
A componen e de ajada consis e numa unção sinusoidal, que oco e num in e alo de empo.
Vg=




0,se < 1g
Vcos ,se 1g< < 1g+Tg
0,se > 1g+Tg
.(2.18)
Es a unção, Vcos, é dada po
Vcos =Maxg
21−cos2π
Tg− 1g
Tg (2.19)
onde Tg ep esen a o pe íodo du an e o qual se dá a ajada de en o, 1g ep esen a o ins an e
em que se dá a ajada e ep esen a o empo, com ês alo es empo ais em segundos. Maxg
ep esen a o alo máximo pa a a elocidade da ajada de en o, em me os po segundo.
A componen e em ampa da elocidade do en o consis e na unção
V =




0,se < 1
V amp ,se 1 < < 2
0,se > 2
,(2.20)
onde V amp é dada po
V amp =Max 1− − 2
1 − 2 .(2.21)
Nes a unção, Max possui o alo máximo pa a a elocidade do en o ca ac e izada pela
unção em ampa ,em me os po segundo, 1 ep esen a o ins an e inicial da componen e do
en o e 2 o ins an e inal, ambas em segundos. Analisando a unção de V amp, conclui-se que se
se ajus a o alo de 2 pa a um ligei amen e supe io que 1 , é possí el es uda uma espos a do
sis ema a uma ap oximação de um deg au [10].
A componen e que aduz o uído na elocidade do en o de e oma alo es alea ó ios. Tendo
es e ac o em con a, a unção é dada po
Vn=2
n
∑
i=1hps (ωi)∆ωcos(ωi +φi)i,(2.22)
al que
ωi=i−1
2∆ω,(2.23)
26 Es ado da A e
eφi ep esen a uma a iá el alea ó ia, com densidade p obabilís ica uni o me no in e alo de
0a2π.s (ωi)é uma unção de densidade espec al, que po sua ez é de inida po
s (ωi) = 2knF2|ωi|
π2h1+Fωi
µπ i.(2.24)
Nes a úl ima unção, kn aduz o coe icien e de esis ência da supe ície (do solo) ao en o, F
a escala de u bulência, pa a a al u a a que se encon a a u bina, e µa elocidade média do en o
pa a essa dada al u a de e e ência. Em [10] é ei a ambém a e e ência que se se u iliza um
núme o de i e ações n=50, e uma a iação da densidade espec al ∆ωen e 0,5 e 2,0 adianos po
segundo ( ad/s), é possí el ob e excelen es esul ados de uma ap oximação do uído da elocidade
do en o [10].
2.10 Resumo
Nes e capí ulo são mos ados os undamen os que de em se conside ados quando se e e ua
a implemen ação de um sis ema de con e são de ene gia eólica. O sis ema é abo dado quan o
às á ias opologias possí eis, assim como os di e sos mé odos de con olo MPPT que podem
se aplicados. É e e ido um caso de es udo que se dis ingue das ou as abo dagens es udadas
con idas no capí ulo. É ambém demons ado como ealiza a sin e ização do en o, em e mos da
sua elocidade, pa a que o mesmo possa se u ilizado em ambien e de simulação.
3.2 O con e so CC/CC ele ado 33
a á no sis ema comple o, is o que, mesmo que se dê uma a iação ão ab up a na elocidade do
en o, an o a u bina como o ge ado não a ia ão ão apidamen e a sua elocidade de o ação
de ido aos espe i os momen os de iné cia. É possí el obse a na Figu a 3.4 a in luência que as
a iações de co en e e de ensão êm no du y cycle, e como es e muda bas an e com a mudança
do alo de ensão, mas pe mi indo ainda con ola a co en e.
Figu a 3.2: Ci cui o do con e so CC/CC simulado.
Figu a 3.3: Resul ados do ci cui o do con e so CC/CC simulado: co en e de en ada s. co en e
de e e ência e ensão de en ada.

34 Dimensionamen o do Sis ema
Figu a 3.4: Resul ados do ci cui o do con e so CC/CC simulado: du y cycle.
Na Figu a 3.5 pode-se obse a as co en es no indu o e de saída e a e e ência de co en e
do indu o . É no ó io como a co en e de saída Iopossui o compo amen o já espe ado, em que
assumi ia o alo de 0A e o alo da co en e de L1. Obse ando mais em de alhe na Figu a
3.6, num in e alo de empo comp eendido en e 19,8ms e 20ms, con i ma-se o compo amen o
sup aci ado. Mais se obse a que os alo es médios das co en es de en ada e de saída são de
3,00A e de 2,26A espec i amen e. Nes e in e alo de empo, o du y cycle possui um alo médio
de 0,256. Pela Equação 3.7
Io=Ii(1−D).(3.10)
Figu a 3.5: Resul ados do ci cui o do con e so CC/CC simulado: co en e de saída s. co en e
de en ada s. co en e de e e ência.
3.2 O con e so CC/CC ele ado 35
Figu a 3.6: Resul ados do ci cui o do con e so CC/CC simulado: de alhe do compo amen o das
co en es do ci cui o.
Aplicando a Equação 3.10, a co en e média de saída espe ada é de 2,25A e é bas an e p óximo
do alo médio ob ido.
Conclui-se que o con e so CC/CC consegue con e e a ensão pa a o alo desejado e de e
se capaz de ansi a a po ência desejada. O mesmo consegue eagi apidamen e a al e ações
no seu egime de uncionamen o e ga an i a con olabilidade den o dos alo es es ipulados de
po ência pa a o sis ema de con e são de ene gia eólica.
Tendo em conside ação o sis ema comple o de ex ação de ene gia eólica, as cons an es de
empo en ol idas são mui o supe io es ao pe íodo de comu ação do con e so CC/CC. Pa a o
es e e simulação do p imei o de em se u ilizadas sé ies de en o que exis am em in e alos de
empo na o dem das décadas de segundo. Assim, a simulação do sis ema o na -se-ia demasiado
exaus i a ao u iliza -se o con e so CC/CC dimensionado nes e Capí ulo. Pa a soluciona es e
p oblema, de e se c iado um modelo de média, ou seja, que u ilize os alo es médios das di e-
en es a iá eis. Tendo em con a as exp essões ma emá icas que egem o con e so CC/CC, é
possí el ealiza um modelo que exiba exa amen e o mesmo compo amen o e enha a uma ca-
pacidade de espos a semelhan e à do modelo o iginal, mas sem u iliza a comu ação do úl imo.
Assim, quando se ealiza em simulações com in e alos de empo mui o supe io es, o con e so
CC/CC é ambém aí alidado, sem exis i a necessidade de que as mesmas sejam demasiado lon-
gas. Es e ac o acili a o p oje o do sis ema, con ibuindo pa a que se possa encon a a melho
solução possí el.
3.2.2 O modelo de média
Como se p e ende que o compo amen o e a capacidade de espos a do modelo sejam se-
melhan es à do con e so o iginal, nenhuma al e ação de e se ei a à opologia, aos elemen os
indu o e condensado e ao mé odo de con olo. Os alo es de ensão e de co en e pa a os quais
de e unciona de em se ambém man idos.
36 Dimensionamen o do Sis ema
Pa a se pode ealiza es e modelo é necessá io e em a enção duas a iá eis p esen es no
con e so o iginal. Essas a iá eis são as p esen es nos seus semicondu o es, esponsá eis po
e e ua a comu ação do ci cui o, nomeadamen e a ensão aos e minais do in e up o S1 e co en e
no díodo D1. Du an e o es ado on, a ensão aos e minais do in e up o é ze o, assim como a
co en e no díodo, is o que oda a co en e de en ada passa no p imei o semicondu o . Du an e
o es ado o , a ensão aos e minais do in e up o é igual à ensão de saída, e a co en e no díodo
é igual à do indu o L1. Po an o, pa a e ei os de simulação, o in e up o pode se subs i uído po
uma on e de ensão con olada, assim como o dído pode se subs i uído po uma on e de co en e
con olada. Es as on es egem-se pelas exp essões
VS1,med = (1−D)Vo(3.11)
e
ID1med = (1−D)IL1,(3.12)
onde Vs1,med ep esen a a ensão média aos e minais do in e up o S1 e ID1,med a co en e
média no díodo D1. Man endo a opologia, o con e so passa a se como o ilus ado na Figu a
3.7. O con e so u ilizado pa a simulação, com a malha de con olo incluída, pode se obse ado
na Figu a 3.8, e os di e sos esul ados nas Figu as 3.9 e3.10.
Figu a 3.7: Topologia do modelo de média do con e so CC/CC simulado.
3.2 O con e so CC/CC ele ado 37
Figu a 3.8: Ci cui o do modelo de média do con e so CC/CC simulado.
Figu a 3.9: Resul ados do modelo de média do con e so CC/CC simulado: co en e de en ada
s. co en e de e e ência s. co en e de saída e ensão de en ada.
Figu a 3.10: Resul ados do modelo de média do con e so CC/CC simulado: du y cycle.
No ci cui o simulado, p esen e na Figu a 3.8, é possí el obse a como o mé odo de con olo
de co en e é man ido, u ilizando o mesmo alo de du y cycle, em alo médio, calculado no
38 Dimensionamen o do Sis ema
con e so o iginal. Es e alo é pos e io men e u ilizado pa a con ola as on es de ensão e de
co en e VS1med eID1med. Na Figu a 3.9 é possí el obse a as co en es de en ada e de saída, a
e e ência de co en e de en ada e a ensão de en ada do con e so . Uma g ande al e ação, que
pode se obse ada nos esul ados da simulação, é o ac o de a co en e de saída assumi um alo
ins an âneo igual ao p e endido numa aplicação eal, is o que a on e ID1med impõe a co en e
na malha e não é u ilizada a comu ação. Pode-se obse a ambém como a co en e de saída
a ia o seu alo em unção do du y cycle, es ando es e ilus ado na Figu a 3.10. Em in e alos
de empo em que a e e ência de co en e é pe iódica, mas com alo es di e en es de ensão de
en ada, como se pode obse a no in e alo comp eendido en e os 60ms e os 100ms. Ou a
g ande al e ação, obse ada nos esul ados da simulação des e con e so , é a eliminação do ipple,
an o nas co en es do ci cui o como no du y cycle da malha de con olo. O ipple que se pode
obse a no con e so ele ado o iginal é uma consequência da comu ação e, po an o, bas an e
ca ac e ís ica des e ipo de con e so es. Mas, conside ando no amen e o sis ema comple o de
con e são de ene gia eólica e a sua escala empo al, o ipple o na -se-ia i ele an e na dinâmica
do p imei o.
Conclui-se que o modelo de média do con e so ele ado é capaz de e a a o modelo de
comu ação do mesmo, assumindo apenas um comp omisso de exclusão do ipple ca ac e ís ico
des e ipo de con e so es. O p oblema ela i o à execução de simulações demasiado exaus i as,
do qual su giu a necessidade de c ia es e modelo, é solucionado, is o que o empo de simulação
pa a ob e esul ados semelhan es aos do con e so o iginal oi dezenas de ezes in e io .
3.3 O conjun o u bina e ge ado
Nes a secção é ei a a desc ição do conjun o u bina e ge ado elé ico. À semelhança dos
an e io es capí ulos, o es ágio de in e são e de ligação à ede elé ica se á subs i uído po uma
on e de ensão de 400V. O in e so de e á se dimensionado pos e io men e, e como es e apenas
é esponsá el pelo ânsi o da ene gia disponibilizada pelo sis ema pa a a ede, pode-se ealiza o
es udo sob e em elação ao es o do sis ema, sem assumi qualque comp omisso em elação ao
mesmo ou aos mé odos de con olo MPPT a aplica .
Como oi desc i o em 3.1, o ge ado se á compos o de uma máquina elé ica sínc ona de íma-
nes pe manen es. De e á se o p imei o passo modela a máquina pa a que se possam iden i ica
as suas p incipais ca ac e ís icas. Den o des a ca ego ia de máquinas, podem-se dis ingui duas
es u u as dis in as: as de o o cilínd ico e as de pólos salien es. O o o i á oda à elocidade de
sinc onismo, assim como o luxo magné ico no en e e o. O ac o de o o o se de pólos az com
que o luxo não se dis ibua uni o memen e em odo o en e e o, ao con á io do que acon ece
pa a um o o cilínd ico, com os ímanes pe manen es dis ibuídos po oda a sua supe ície. Se
o o o o cilínd ico, mas possui os ímanes embu idos no e o que o cons i ui, a á com que a
máquina se compo e como se osse de pólos salien es, is o po que a pe meabilidade magné ica
dos ímanes é semelhan e à do a . Assim, ao aplica -se um e e encial d-q ao o o da máquina de
pólos salien es, o en e e o e á um comp imen o maio ao longo do e e encial q, e meno ao

3.3 O conjun o u bina e ge ado 39
longo do e e encial d. Numa máquina de o o cilínd ico, os dois comp imen os se ão iguais e a
di e ença en e a elu ância magné ica ao longo dos dois eixos é desp ezada [7]. Es a con igu ação
pode se obse ada na Figu a 3.11 [7].
Figu a 3.11: Es u u as básicas de máquinas sínc onas: (a) de o o cilínd ico; (b) de pólos salien-
es [7].
Conside ando a a iação da elu ância magné ica no en e e o, e conside ando que a dis i-
buição da o ça magne o mo iz é sinusoidal no mesmo, a indu ância de uma ase do es a o pode
se desc i a po [7].
Lls =Lsd +Lsq
2+Lsd −Lsq
2cos(2θ),(3.13)
onde Lsd eLsq ep esen am os alo es máximos da au o-indu ância dos en olamen os do es a-
o longi udinal e ans e sal, espe i amen e, e θa posição angula do eixo ddo o o em elação
ao eixo magné ico da ase do es a o . A a és da equação 3.13 conclui-se que se o en e e o o
uni o me (ou seja, Lsd =Lsq) a au o-indu ância da ase assume um alo cons an e e independen e
da posição do o o . Pa a que se possam de ini as indu âncias de ase a a és de equações di e en-
cias com coe icien es cons an es é necessá io ixa o e e encial d-q no o o , como consequência
das indu âncias depende em da posição do mesmo. O eixo des a á posicionado ao londo do eixo
onde é c iado luxo magné ico [7].
As conside ações omadas a é ago a ela i as à modelação da máquina são álidas pa a qual-
que máquina sínc ona (de ímanes pe manen es ou não). Den o da ca ego ia das máquinas sínc o-
nas de ímanes pe manen es, as mesmas podem possui no o o um gaiola de esquilo, que se i á
pa a o a anque da mesma caso es as se encon em ligadas di e amen e à ede, ou sem um sis ema
ele ónico que as con ole [7]. Caso a gaiola exis a, as equações que modelam a máquina são iguais
às que modelam uma máquina sínc ona com en olamen os de exci ação do o o , à excepção da
equação de equilíb io de ensão dos en olamen os do o o e de odos os coe icien es c iados po
40 Dimensionamen o do Sis ema
es es, que não são aplicados. Es as equações são
ds =Rsids +dΨds
d −ωΨqs (3.14)
qs =Rsiqs +dΨqs
d +ωΨds (3.15)
0=R did +dΨd
d (3.16)
0=R qiq +dΨd
d (3.17)
Ψds = (Lls +Lmd)ids +Lmd id +Ψm(3.18)
Ψqs = (Lls +Lmq)iqs +Lmqiq (3.19)
Ψd = (Ll d +Lmd)id +Lmdids +Ψm(3.20)
Ψq = (Ll q +Lmq)iq +Lmqiqs (3.21)
Te=p[Ψmiqs +(Lmdid iqs −Lmqiq ids)]+ p(Lmd −Lmq)idsiqs (3.22)
Nes as exp essões, ep esen a a ensão, Ra esi ência do en olamen o, ia co en e do en o-
lamen o, Ψo luxo, ωa elocidade de o ação da máquina, La indu ância, Teo biná io ele omag-
né ico e po núme o de pa de pólos. Tendo em a enção os índices des as a iá eis, o índice sé
e e en e ao es a o , ao o o , dà componen e longi udinal da a iá el e qà ans e sal, lda ase
(ou seja, po ase, como se obse a na Equação 3.13) e ma componen e de magne ização. Logica-
men e que pa a R d eR q as esis ências a conside a são as da gaiola de esquilo, que se encon a
em cu o-ci cui o. Na Equação 3.22, a p imei a e e cei a componen e do biná io são p o ocadas
pela in e ação sínc ona en e o o o e o es a o , e de desiquilíb io das elu âncias, espe i amen e.
A segunda componen e é e e en e ao biná io c iado quando não exis e sinc onismo na máquina e
é c iada pela gaiola de esquilo cu o-ci cui ada, is o que à elocidade de sinc onismo não exis e
indução magné ica na mesma [7].
As Equações de 3.14 a é 3.22 desc e em o modelo de uma máquina sínc ona de ímanes pe -
manen es de pólos salien es, com gaiola de esquilo cu o-ci cui ada. Pa a aplicações de elocidade
a iá el, que implicam a exis ência de con olo ele ónico da máquina, a gaiola é desnecessá ia e
de e se eliminada. A máquina passa-se a ege pelas mesmas exp essões, eliminando as Equações
3.16, 3.17, 3.20 e 3.21, e a ibuindo o alo de ze o às co en es d-q e e en es ao o o [7]. Po
consequência, a componen e assínc ona do biná io é eliminada.
3.3 O conjun o u bina e ge ado 41
Se a máquina o de o o cilínd ico e ambém sem a gaiola (como é o caso do sis ema em
es udo nes e documen o), as al e ações adicionais passam po uni o miza o en e e o da máquina,
ou seja, Lmd =Lmq =Lm. Assim, a componen e de elu ância do biná io é ambém eliminada, e as
exp essões passam a se dadas po [7]
ds =Rsids +dΨds
d −ωΨqs (3.23)
qs =Rsiqs +dΨqs
d +ωΨds (3.24)
Ψds = (Lls +Lm)ids +Ψm(3.25)
Ψqs = (Lls +Lm)iqs (3.26)
Te=pΨmiqs (3.27)
A pa e elé ica da máquina é usualmen e desc i a eliminando as componen es d−qdo luxo
magné ico, a a és de [7]
ds =Rsids +Ls
dids
d −ωLsiqs (3.28)
qs =Rsiqs +Ls
diqs
d +ω(Ψm+Lsids)(3.29)
onde Ls=Lls +Lm e a de i ada do luxo c iado pelos ímanes pe manen es é igual a ze o.
O ci cui o equi alen e da máquina elé ica aqui desc i a encon a-se ep esen ado na Figu a 3.12
[7]. O ci cui o equi alen e ilus ado pode se aplicado a uma máquina sínc ona de pólos salien es
ge al, implicando que pa a uma máquina de o o cilínd ico apenas seja necessá io assumi Ld=
Lq=Ls. Conside ando que a máquina se encon a em egime pe manen e, e alimen ada po uma
ensão sinusoidal, a elocidade de o ação do e e encial d-q (do o o ) se á igual à de sinc onismo.
Assim, as componen es di/d passam a se ze o, e a máquina é simplesmen e desc i a po [7]
ds =Rsids −ωLsiqs (3.30)
qs =Rsiqs +ω(Ψm+Lsids)(3.31)
Te=pΨmiqs (3.32)
42 Dimensionamen o do Sis ema
Figu a 3.12: Ci cui o equi alen e da dinâmica das componen es d-q de uma máquina sínc ona de
ímanes pe manen es, com Xd=ωLd,Xq=ωLqeEm=ωΨm[7].
As exp essões ma emá icas aplicá eis à máquina sínc ona de ímanes pe manen es, que é a
máquina que se á u ilizada como ge ado do sis ema, encon am-se desc i as. No en an o, é neces-
sá io dimensiona algumas das a iá eis da mesma, assim como da u bina que i á se u ilizada.
Na Figu a 3.13 é ilus ada a opologia do sis ema, já de inida na Secção 3.1. Du an e a simu-
lação do mé odo de con olo, o modelo u ilizado pa a o con e so CC/CC ele ado se á o modelo
de média. Os elemen os u bina e ge ado e ão as ca ac e ís icas ambém já de inidas em 3.1.
Rela i amen e à u bina, apenas al a de ini o seu momen o de iné cia, que e á o alo de 15gm2.
O ge ado se á de o o cilínd ico, o que signi ica que as suas indu âncias di e a e em quad a u a
possuem o mesmo alo , que se á de 10mH. A esis ência dos en olamen os do es a o se á igual a
1,936Ω. Es e alo é calculado pa a que o endimen o do ge ado seja de ap oximadamen e 94% à
po ência es ipulada do sis ema. Os pa âme os escolhidos pa a o ge ado são baseados nos alo es
ípicos que es es assumem pa a es a o dem de po ências. Conside ando PRs a po ência dissipada
po e ei o de joule em cada en olamen o do es a o , Pna po ência es ipulada do sis ema, Rso alo
da esis ência de cada en olamen o do es a o , I , ms o alo e icaz da co en e em cada en olamen o
do es a o e V , ms o alo e icaz da ensão po ase do es a o , e sabendo que V , ms = (220/
√3)V
e que
3PRs =0,06Pn,(3.33)
PRs =RsI2
, ms,(3.34)
Capí ulo 4
Aplicação dos Mé odos de Con olo
MPPT
Nes e capí ulo p e ende-se desc e e os mé odos de con olo MPPT a aplica ao sis ema de
con e são de ene gia eólica em es udo nes e documen o, endo em conside ação o conhecimen o
adqui ido no Capí ulo 2. Di e sos esul ados de em se ob idos, ilus ados e de idamen e jus i i-
cados, pa a os mé odos de con olo em ques ão, endo em con a as sé ies empo ais de elocidade
de en o desc i as no capí ulo an e io . De e, ambém, se elabo ada uma compa ação dos esul a-
dos ob idos pa a os mé odos de con olo, que de e á pe mi i a ob enção de conclusões a aplicação
de cada um.
4.1 Mé odo de con olo TSR
Como já oi explicado no Capí ulo 2, o mé odo de con olo MPPT TSR p ocu a a elação en e
a elocidade do en o e a elocidade de o ação da pá da u bina pa a a qual a po ência ex aída é
máxima. O alo do TSR ó imo, ou seja, pa a o qual a po ência que pode se ex aída é máxima,
a ia de u bina pa a u bina, e de e se conhecido pa a que se possa implemen a es e mé odo de
con olo.
Pa a o sis ema de con e são de ene gia eólica em es udo, o alo TSR ó imo é assumido se o
que co esponde aos alo es es ipulados de uncionamen o da u bina. Esse alo é calculado na
Equação 4.1, onde λ ep esen a o alo do TSR, ωa elocidade de o ação da u bina (em ad/s),
Ro aio da á ea a ida pelas pás da mesma e wind a elocidade do en o. A a és da aplicação
di e a da Equação 4.1, o alo ó imo de TSR da se á de 3,49.
λ=ωR
wind
(4.1)
Se se i e em conside ação a Equação 3.37, a mesma ep esen a o alo do coe icien e de
po ência que apenas pode se aplicada a uma u bina especí ica. O a, o alo escolhido pa a o
TSR ó imo da u bina do p oje o não co esponde ao alo ó imo de TSR aplicá el à Equação
49

50 Aplicação dos Mé odos de Con olo MPPT
3.37, que é de 8,18. Mas como um dos p incipais obje i os do p oje o consis e na gene alização
da solução, se se usasse o alo ó imo de TSR pa a o modelo de simulação da u bina, es a -
se-ia a es ingi as condições em que a solução pode se aplicada. Como consequência des a
opção, o alo máximo que o coe icien e de po ência de e ia assumi se ia de 0,0963, que é um
alo calculado u ilizando di e amen e a Equação 3.37. No en an o, e i ica-se que du an e a
simulação não exis e uma co e a co espondência en e os alo es es ipulados e o coe icien e de
po ência da u bina. Pa a es e alo de coe icien e de po ência, e pa a uma elocidade do en o
de 12m/s, a po ência ge ada de e ia se de ap oximadamen e 848W. Es e alo é mui o in e io à
po ência es ipulada. Po an o, pa a se pode ge a uma co e a e e ência de po ência apa i da
elocidade do en o, o alo máximo do coe icien e de po ência é assumido se de 0,167, e es e
oi de e minado empi icamen e. Pa a uma elocidade de 12m/s, a e e ência de po ência passa á a
se de ap oximadamen e 1497W. Mais uma ez se obse a que o ac o de exis i uma unção pa a
o coe icien e de po ência no modelo de simulação, pa a uma u bina especí ica, modi ica a o ma
como o mé odo de con olo de e se aplicado caso se quei a gene aliza a solução.
Como é e e ido no pa ág a o an e io , a elocidade do en o é u ilizada pa a c ia uma e e-
ência de po ência pa a o sis ema. Os blocos da simulação que es ão esponsá eis po c ia es a
e e ência es ão ilus ados na Figu a 4.1.
Figu a 4.1: Blocos de simulação esponsá eis po c ia a e e ência de po ência.
A elocidade do en o é ans o mada na elocidade de o ação que de ia exis i na u bina,
pa a se pode c ia uma e e ência da úl ima, u ilizando o alo de TSR p e endido. A elocidade
de o ação de e e ência apenas se i á pa a que possa exis i uma compa ação en e a mesma
e o alo a ual a que a u bina se encon a á a oda . Os blocos seguin es passam a e e ua a
unção p esen e nas Equações 4.2 e 4.3, seguido de um limi ado , que limi a a po ência máxima
de e e ência aos 1600W.Nas Equações 4.2 e 4.3, Pop ep esen a a po ência que de e se ex aída
pa a o alo ó imo de TSR, ω ,op a elocidade de o ação que a u bina de e e pa a esse mesmo
TSR, ρa densidade do a , Aa á ea a ida pelas pás da u bina, Cp,max o coe icien e de po ência
maximizado pelo alo do TSR ó imo, Ro comp imen o das pás da u bina e λop o alo de
TSR ó imo. Após o limi ado , a e e ência de po ência possui o alo da po ência mecânica que
de e es a p esen e no eio en e a u bina e o ge ado . Es a de e, po an o, se mul iplicada pelo
4.1 Mé odo de con olo TSR 51
endimen o do ge ado , que oi dimensionado pa a 94%. A saída, nó "P e "da Figu a 4.1 de e se
u ilizada pa a o con olo do du y cycle do con e so , se indo como e e ência pa a a po ência em
ânsi o no con e so CC/CC.
Pop =kop ω3
,op (4.2)
kop =0,5ACp,max R
λop 3
(4.3)
A po ência mecânica é dada pela mul iplicação en e o biná io e a elocidade de o ação do
eixo da u bina. Vis o que a o ça con a-ele omo iz é dada po uma elação de p opo cionalidade
com a elocidade de o ação da u bina, a imposição de uma ensão à en ada do con e so , a a és
do du y cycle, impõe a elocidade de o ação an o do ge ado como da u bina. Da mesma o ma,
a co en e de en ada é di e amen e p opo cional ao biná io no eio da u bina. Assim, é possí el
c ia uma e e ência de ensão, impondo a elocidade de o ação da u bina, e consequen emen e
o seu TSR, maximizando a ex ação de po ência. Como o con olo do du y cycle do con e so é
ei o a a és de uma e e ência de co en e, e e ua-se a di isão en e as e e ências de po ência e
de ensão. A malha de con olo esponsá el po e e ua a e e ência de ensão pode se obse ada
na Figu a 4.3. Como oi e e ido an e io men e, o con olo do TSR da u bina se á e e uado po
es a malha. O Valo TSR ó imo é compa ado com o alo a ual de TSR. O úl imo é dado pelo nó
"TSR ac ", isí el nas Figu as 4.2 e4.3. Na Figu a 4.2, o senso de elocidade de o ação, ligado
di e amen e ao eio da u bina, e e ua a medida em pm. Essa elocidade é con e ida pa a ad/s
e mul iplicada pela elocidade a ual do en o ("Vwind"), c iando a medição do alo de TSR da
u bina.
Figu a 4.2: Blocos de simulação esponsá eis po e e ua a medição da po ência mecânica e do
alo de TSR da u bina.
52 Aplicação dos Mé odos de Con olo MPPT
Na Figu a 4.3, é e e uada a di e ença en e os alo es ó imo e a ual de TSR. Mul iplicando
pos e io men e pela elocidade do en o, e di idindo pelo aio, ob em-se a di e ença en e as
elocidades de o ação ó ima e a a ual. U ilizando um con olado PI, é ge ada uma e e ência
pa a a elocidade de o ação do eio. Como exis e uma elação de p opo cionalidade en e a
elocidade de o ação do ge ado e o ça con a-ele omo iz, é c iada a e e ência pa a a ensão
de en ada do con e so ele ado . Possuindo uma e e ência pa a a po ência e uma pa a a ensão,
é possí el calcula a e e ência de co en e pa a o sis ema. Es a e e ência é aplicada ao con e so
da mesma o ma que o a aplicada em 3.2.2.
Figu a 4.3: Blocos de simulação esponsá eis po c ia a e e ência de ensão.
4.2 Resul ados do mé odo de con olo TSR
Nes a secção são ap esen ados os esul ados ob idos na implemen ação do mé odo de con olo
MPPT TSR no sis ema de con e são de ene gia eólica desc i o nes e documen o. Os esul ados
são u o da simulação de odos os componen es do sis ema enunciados e desc i os nos capí ulos
an e io es. Pa a e e ua uma co e a ecolha dos mesmos, são u ilizadas as qua o sé ies empo ais
de elocidade de en o, desc i as em 3.4, em que duas delas são a i iciais, e as es an es sé ies
eais.
4.2.1 Resul ados do mé odo de con olo TSR: sé ies a i iciais de elocidade do
en o
Nas Figu as 4.4,4.5,4.6,4.7,4.8 são ilus ados os esul ados ob idos da p imei a sé ie empo al
a i icial de elocidade do en o. Na Figu a 4.4 obse a-se como a po ência no eio en e a u bina
e o ge ado (em W) a ia em unção da elocidade do en o (em m/s). A po ência mecânica e a
elocidade do en o co espondem ao g á ico supe io e in e io , espe i amen e. Na Figu a 4.5
es ão e a ados ambém dois g á icos impo an es pa a a alia o compo amen o do sis ema. No
p imei o, obse am-se a e e ência de po ência c iada pa a o con e so ele ado ("Pdc e ", em
W) e a po ência em ânsi o no mesmo ("Pdc 2", em W, que co esponde à po ência de en ada e
é medida a a és da mul iplicação dos alo es de en ada de ensão e de co en e). Nes e g á ico
é demos ado como a po ência em ânsi o segue a e e ência, ga an indo a con olabilidade. A
e e ência de po ência é c iada endo em con a o endimen o de 94% do ge ado . Obse ando a
4.2 Resul ados do mé odo de con olo TSR 53
po ência em ânsi o, é isí el que es a é ligei amen e in e io à de e e ência, mas que ainda assim
se aduz num endimen o de ap oximadamen e 93%, bas an e p óximo do que o a p oje ado.
No segundo g á ico da Figu a 4.5, é ap esen ada a o ma de onda do du y cycle do con e so
ele ado . O compo amen o des e encon a-se den o do espe ado, a iando o seu alo con o me
a ans o mação necessá ia po pa e do con e so . A p incipal obse ação dá-se nos p imei os 0,6
segundos em que a simulação é e e uada, onde o du y cycle pa e do alo ze o. Es e ac o az com
que odos os con olado es c iem um a aso na espos a, ainda que pequeno.
Figu a 4.4: Resul ados do mé odo de con olo TSR com a p imei a sé ie a i icial do en o: po-
ência mecânica e elocidade do en o.
Figu a 4.5: Resul ados do mé odo de con olo TSR com a p imei a sé ie a i icial do en o: po-
ência de e e ência s. po ência de en ada e du y cycle do con e so .
O seu e ei o pode se obse ado na Figu a 4.6, onde a e e ência de ensão ("Vdc e ", em V)
oma alo es demasiado ele ados a é a po ência passa a se egulada. A pa i desse in e alo, a
54 Aplicação dos Mé odos de Con olo MPPT
Figu a 4.6: Resul ados do mé odo de con olo TSR com a p imei a sé ie a i icial do en o: e e-
ência de ensão e ensão de en ada do con e so .
ensão de en ada ("Vdc", em V) do con e so segue a e e ência, impondo a elocidade de o ação
do eio. Essa elocidade de o ação ("n", em pm) pode se obse ada na igu a Figu a 4.7, no
p imei o g á ico. É no ó io como a mesma ende pa a o alo ó imo ("n op ", em pm), de ido ao
ac o de o TSR ende pa a um alo médio cons an e e ó imo, demons ado no g á ico in e io .
Obse a-se a consequência do uído de al a equência, p esen e na elocidade do en o, nes e
g á ico, p incipalmen e aquando as elocidades são baixas. Es e esul ado e a já espe ado, como
consequência de se c ia a sé ie empo al em ambien e de simulação, e o mesmo de e possui
melho espos a pa a uma sé ie eal.
Figu a 4.7: Resul ados do mé odo de con olo TSR com a p imei a sé ie a i icial do en o: elo-
cidade de o ação s. o alo ó imo pa a a elocidade de o ação e alo a ual de TSR da u bina.
Na úl ima igu a ela i a a es a sé ie de en o, a Figu a 4.8, es ão ambém ilus ados dois

4.2 Resul ados do mé odo de con olo TSR 55
g á icos. No p imei o, demons a-se como a co en e de en ada ("I(L1)", em A) segue a e e ência
c iada ("I e ", em A). É possí el obse a o e ei o causado pelo uído da elocidade de en o na
co en e do con e so . Apesa de implica uma g ande oscilação na mesma, a con olabilidade
é man ida e a co en e de en ada segue a sua e e ência. Obse a-se no amen e a in luência do
alo inicial do du y cycle, onde a co en e é p a icamen e ze o, is o que a e e ência de ensão é
ex emamen e ele ada (e consequen emen e, a ensão de en ada). No segundo g á ico da Figu a
4.8 es ão p esen es as po ências de en ada ("Pdc", em W) e de saída ("Po", wm W).
Figu a 4.8: Resul ados do mé odo de con olo TSR com a p imei a sé ie a i icial do en o: co -
en e de en ada s. e e ência de co en e e po ência de en ada s. po ência de saída do con e so .
Os esul ados ob idos da simulação e e uada com a segunda sé ie empo al a i icial de e-
locidade de en o podem se obse ados nas Figu as 4.9,4.10,4.11,4.12,4.13. Na p imei a igu a
obse am-se dois g á icos. No g á ico supe io es á ilus ada a po ência a ansi a no eio mecâ-
nico (em W), em unção da elocidade do en o (em m/s), ilus ada no g á ico in e io . Com es a
igu a p e ende-se demons a a dinâmica do con olo do pi ch angle p esen e no sis ema. O limi e
de e se de 1600W pa a a po ência mecânica. É possí el obse a que, no seu alo médio, a po-
ência onda á esse alo pa a elocidades supe io es a 13m/s. Obse a-se uma zona de o e shoo
na po ência ex aída pela u bina assim que essa elocidade é ul apassada, mas que eg essa ao
alo de inido como limi e.
Na Figu a 4.10 obse am-se no p imei o g á ico as po ências de e e ência ("Pdc e ", em W)
e de en ada ("Pdc 2", em W, medida a a és da mul iplicação dos alo es de en ada de ensão
e de co en e) do con e so ele ado e no segundo a a iação do ângulo das pás da u bina (em
o). Obse a-se como a po ência a ansi a no con e so segue a e e ência com o mesmo compo -
amen o que a po ência mecânica, endo apenas algumas a iações ansi ó ias. Es as a iações
p o êm da a iação da elocidade do en o, e as suas du ações dependem da dinâmica do con olo
do pi ch angle, que pode se obse ada na segunda cu a des a úl ima igu a. É impo an e e e i
como es a malha de con olo consegue desempenha a sua unção, e como o ângulo das pás ol a
56 Aplicação dos Mé odos de Con olo MPPT
Figu a 4.9: Resul ados do mé odo de con olo TSR com a segunda sé ie a i icial do en o: po ên-
cia mecânica e elocidade do en o.
ao alo de ze o quando a u bina ol a a abalha den o dos alo es no mais de uncionamen o.
Es e úl imo equisi o é bas an e impo an e, pa a que a po ência ex aída não diminua.
Figu a 4.10: Resul ados do mé odo de con olo TSR com a segunda sé ie a i icial do en o:
po ência de e e ência s. po ência de en ada do con e so e o pi ch angle das pás.
Na Figu a 4.11, obse am-se a ensão de en ada do con e so ("Vdc", em V) e a a iação do
alo do du y cycle do mesmo. De manei a análoga ao que oi demons ado pa a a p imei a sé ie
empo al a i icial de elocidade de en o, no p imei o g á ico, a ensão no início da simulação
possui um alo bas an e ele ado. O mesmo se ol a a e i ica nos in e alos de empo em que
a elocidade de en o u ilizada possui o seus alo es mais al os. Quando a elocidade do en o
assume es es alo es, a consequência di e a é a subida da elocidade de o ação da u bina. Vis o
que a po ência em ânsi o se man ém, mais uma ez se p o a que o con olo do ângulo das pás
4.2 Resul ados do mé odo de con olo TSR 57
unciona co ec amen e, diminuindo o biná io aplicado pelo en o sob e as mesmas. Nes e úl imo
g á ico pe cebem-se ambém as limi ações dinâmicas do sis ema. Nesses in e alos em que a e-
locidade do en o é máxima, o alo do du y cycle é ze o, como é de espe a pelo alo da ensão
de en ada, demons ando um compo amen o de sa u ação po pa e do con e so . Pa a que o
sis ema pudesse sus e elocidades supe io es, pode -se-iam conside a algumas al e na i as no
dimensionamen o do mesmo. Uma delas pode ia se subi o ní el de ensão de saída do con e -
so ele ado , ou en ão p ojec a um ge ado que possuísse uma p opo ção en e a elocidade de
o ação e a o ça con a-ele omo iz in e io , diminuindo a ensão de en ada. Apesa des as con-
side ações, op ou-se po não ealiza nenhuma al e ação ao dimensionamen o do sis ema, is o
que as elocidades de en o supo adas se encon am num in e alo bas an e conside á el. Todos
sis emas e ão as suas limi ações, e é impo an e ha e um conhecimen o das mesmas, como é o
caso do des e p oje o.
Figu a 4.11: Resul ados do mé odo de con olo TSR com a segunda sé ie a i icial do en o: ensão
de en ada e du y cycle do con e so .
Na Figu a 4.12 são ilus ados, em cima, o TSR e, em baixo, o coe icien e de po ência da u -
bina. O TSR p ocu a semp e man e o seu alo ó imo. É possí el obse a como o uído p esen e
na elocidade do en o não in luencia an o como se obse ou pa a o caso da sé ie a i icial de
elocidade do en o an e io . A causa des e enómeno é o ac o de as elocidades se em bas an e
mais al as no segundo caso. O coe icien e de po ência possui o compo amen o desejado, em que
diminui o seu alo com o inc emen o do ângulo das pás.
Po úl imo, a Figu a 4.13 é em udo semelhan e à úl ima igu a da an e io sé ie empo al
a i icial de elocidade do en o, onde num p imei o g á ico obse am-se as co en es de e e ência
("I e ", em A) e de en ada ("I(L1)", em A) do con e so ele ado , e num segundo as po ências
de en ada ("Pdc", em W) e de saída ("Po", em W) do mesmo. As semelhanças são e iden es,
à exceção das zonas em que a elocidade do en o ul apassa o alo limi e. Nes es in e alos
de empo, obse a-se como a e e ência é limi ada pela po ência máxima que o con e so de e
58 Aplicação dos Mé odos de Con olo MPPT
Figu a 4.12: Resul ados do mé odo de con olo TSR com a segunda sé ie a i icial do en o:
alo es ins an âneos de TSR e de coe icien e de po ência.
ansi a . As conside ações a oma sob e es as cu as são as mesmas que as da an e io sé ie
a i icial de elocidade do en o, com ac éscimo de se isí el o e ei o do con olo do pi ch angle
nas co en es. Sendo es as di e amen e p opo cionais ao biná io, os seus alo es diminuem com o
aumen o do ângulo das pás.
Figu a 4.13: Resul ados do mé odo de con olo TSR com a segunda sé ie a i icial do en o:
co en e de en ada s. co en e de e e ência e po ência de en ada s. po ência de saída do
con e so .
4.2.2 Resul ados do mé odo de con olo TSR: sé ies eais de elocidade do en o
Seguem-se os esul ados ob idos a pa i da p imei a sé ie empo al de elocidade do en o
medida. Es es podem se obse ados nas Figu as 4.14,4.15,4.16 e4.17. Na Figu a 4.14 são
ilus adas as cu as da po ência a ansi a no eio mecânico (em W) e da elocidade do en o
4.4 Resul ados do mé odo de con olo PSF 65
pa a que se ob enham os espe i os alo es de po ência. Vis o que é desnecessá io exis i uma
abela com o compo amen o da u bina pa a que se aplique es e mé odo de con olo, op ou-se po
aplica o mecanismo desc i o no pa ág a o an e io .
Figu a 4.24: Blocos de simulação esponsá eis po a e e ência de po ência pa a o sis ema.
Figu a 4.25: Blocos de simulação esponsá eis po e e ua o con olo da po ência do sis ema.
4.4 Resul ados do mé odo de con olo PSF
Na p esen e secção são ap esen ados os esul ados ob idos a pa i da simulação do mé odo de
con olo MPPT PSF pa a o sis ema de con e são de ene gia eólica em es udo nes e documen o.
Assim como o a e e uado pa a o mé odo de con olo MPPT TSR, se ão u ilizadas as mesmas
qua o sé ies empo ais de elocidade de en o, cons i uídas po duas sé ies a i iciais e duas sé-
ies eais. Todos os componen es do sis ema u ilizados pa a a ob enção des es esul ados já se
encon am desc i os e dimensionados nos subcapí ulos an e io es.
4.4.1 Resul ados do mé odo de con olo PSF: sé ies a i iciais de elocidade do
en o
Encon am-se ilus ados nas Figu as 4.26,4.27,4.28,4.29 e4.30 os esul ados ob idos a a és
da simulação do mé odo de con olo MPPT PSF com a p imei a sé ie empo al a i icial de elo-
cidade do en o. Na Figu a 4.26 Es ão ep esen adas a po ência mecânica (em W) a ansi a no
eio da u bina e a elocidade do en o (em m/s), no g á ico supe io e in e io , espe i amen e.

66 Aplicação dos Mé odos de Con olo MPPT
Figu a 4.27: Resul ados do mé odo de con olo PSF com a p imei a sé ie a i icial do en o:
po ência de e e ência s. po ência de en ada e du y cycle do con e so .
Figu a 4.26: Resul ados do mé odo de con olo PSF com a p imei a sé ie a i icial do en o:
po ência mecânica e elocidade do en o.
Na Figu a 4.27, num p imei o g á ico, obse am-se as po ências de e e ência e de en ada
do con e so ( espe i amen e "Pdc 2", medida a a és da mul iplicação dos alo es de ensão e
de co en e de en ada do con e so , e "Pdc e ", ambas em W). No Segundo g á ico da mesma
igu a obse a-se o compo amen o do du y cycle do con e so . Nes as duas Figu as é possí el
obse a o empo de a anque do sis ema, à semelhança do que acon ece pa a a aplicação do
mé odo de con olo MPPT TSR. As conside ações omadas pa a o an e io mé odo, ela i as ao
empo de a anque, como consequência do alo inicial do du y cycle, assim como do endimen o
do ge ado , con inuam a se álidas pa a o mé odo MPPT PSF.
Na Figu a 4.28 obse a-se a ensão de en ada do con e so . É possí el obse a como o ac o
4.4 Resul ados do mé odo de con olo PSF 67
Figu a 4.29: Resul ados do mé odo de con olo PSF com a p imei a sé ie a i icial do en o:
elocidade de o ação s. o alo ó imo pa a a elocidade de o ação e alo a ual de TSR da
u bina.
de não exis i um con olo a i o da ensão (ou da elocidade de o ação da máquina), pe mi e que
exis a uma maio a iação no seu alo , exis indo um alo acen uado de ipple de ensão.
Figu a 4.28: Resul ados do mé odo de con olo PSF com a p imei a sé ie a i icial do en o: ensão
de en ada do con e so .
Na Figu a 4.29 encon am-se ep esen ados os alo es da elocidade de o ação da u bina
("n", em pm), em con as e com o alo que de e ia de assumi pa a o alo ó imo de TSR ("n
op ", em pm), e de TSR ins an âneo. Apesa de não exis i um con olo a i o do alo de TSR
como no mé odo an e io , o ac o de a cu a de po ência máxima se dada pelo alo ó imo de TSR
az com que o alo de TSR da u bina enda pa a o p imei o, e consequen emen e, a elocidade
de o ação ende pa a o seu alo ó imo.
68 Aplicação dos Mé odos de Con olo MPPT
Figu a 4.30: Resul ados do mé odo de con olo PSF com a p imei a sé ie a i icial do en o:
co en e de en ada s. e e ência de co en e e po ência de en ada s. po ência de saída do
con e so .
Na Figu a 4.30 obse am-se no p imei o g á ico as co en es de en ada ("I(L1)", em A) e de
e e ência ("I e ", em A) do con e so . Apesa de a co en e de e e ência possui o compo -
amen o desejado, é possí el obse a que a mesma possui um alo bas an e ele ado de ipple,
causado pelo ipple de ensão. A co en e de en ada possui um ipple subs ancialmen e meno ,
como consequência da p esença do um indu o . No segundo g á ico des a Figu a obse am-se os
alo es das po ências de en ada e de saída do con e so (ambas em W).
Nas Figu as 4.31,4.32,4.33,4.34 e4.35 es ão ilus ados os esul ados ob idos a a és da si-
mulação do sis ema, aplicando o mé odo MPPT PSF e a segunda sé ie a i icial de elocidade do
en o. Na p imei a igu a, a Figu a 4.31, é possí el obse am-se os alo es omados pela po ência
a ansi a no eio mecânico (em W), num p imei o, em elação à elocidade do en o ilus ada no
segundo g á ico (em m/s). A po ência mecânica possui o compo amen o desejado, en ando não
ul apassa o alo máximo es ipulado pa a a u bina, exis indo algumas si uações de o e shoo
quando a elocidade do en o ul apassa a elocidade que co esponde aos 1600W. Obse a-se
ambém que quando a elocidade do en o cai pa a os alo es de uncionamen o no mal do sis-
ema, oco e um enómeno de unde shoo . Es es dois enómenos são explicados pela na u eza de
con olo do mé odo MPPT TSR. A a iação da elocidade do en o uma a iação da elocidade
de o ação da u bina, assim como do biná io que é cap ado pelas suas pás. A e e ência de po ên-
cia é c iada pela elocidade de o ação da u bina, e é limi ada a um alo máximo. O a, quando
esse alo máximo é a ingido pi ch angle en a em ação, diminuindo o biná io cap ado. O que
acon ece é que, dado o momen o de iné cia do conjun o u bina e ge ado , c iando um o e shoo
na po ência a ansi a no eio. Quando a elocidade do en o cai pa a alo es de uncionamen o
no mal da u bina, e no amen e de ido ao momen o de iné cia do conjun o mecânico do sis ema,
a elocidade de o ação con inua a c ia uma e e ência de po ência limi ada nos 1600W. Apesa
de já exis i um dec éscimo do pi ch angle, uma meno elocidade de en o implica um biná io
4.4 Resul ados do mé odo de con olo PSF 69
cap ado pela u bina meno , man endo-se a elocidade de o ação. Como consequência, dá-se um
unde shoo na po ência a ansi a . Obse am-se ambém alguns egimes ansi ó ios quando es es
dois enómenos oco em.
Figu a 4.31: Resul ados do mé odo de con olo PSF com a segunda sé ie a i icial do en o: po-
ência mecânica e elocidade do en o.
Na Figu a 4.32 encon am-se no g á ico supe io a po ência de en ada ("Pdc 2", em W, medida
a a és da mul iplicação dos alo es de en ada de ensão e de co en e) do con e so ele ado e
a sua e e ência ("Pdc e ", em W). Obse a-se como o compo amen o da po ência de en ada é
semelhan e ao da po ência mecânica do eio, e como a mesma segue a e e ência na o alidade
da simulação. Obse a-se ambém a p esença dos enómenos de o e shoo e de unde shoo . No
g á ico in e io demons a-se como o con olo do ângulo das pás da u bina in luencia o sis ema,
a a és da ep esen ação do alo que esse ângulo assume (em o). Nes e g á ico é ilus ado o ac o
sup aci ado, em que quando exis e uma si uação de unde shoo o alo do ângulo das pás é já ze o,
apesa de a e e ência de po ência ainda se encon a limi ada no seu alo máximo.
Na Figu a 4.33 são ilus ados os alo es de ensão de en ada (em V) e de du y cycle do
con e so , espe i amen e no g á ico supe io e no g á ico in e io . Nes es dois g á icos é possí el
obse a a si uação de sa u ação da ensão de en ada de o ma análoga à que o a obse ada pa a
o mé odo de con olo MPPT TSR. Pa a o mé odo de con olo PSF, a elocidade do en o pa a a
qual se dá a sa u ação da ensão de en ada do con e so é ela i amen e meno à que ge a a a
mesma consequência pa a o mé odo de con olo TSR. Nos in e alos de empo em que se dá es e
enómeno, o du y cycle possui o alo ze o, es ando o in e up o do con e so cons an emen e
abe o, e, como consequência, a ensão de en ada é igual à de saída, ou seja, 400V.
70 Aplicação dos Mé odos de Con olo MPPT
Figu a 4.32: Resul ados do mé odo de con olo PSF com a segunda sé ie a i icial do en o: po-
ência de e e ência s. po ência de en ada do con e so e o pi ch angle das pás.
Figu a 4.33: Resul ados do mé odo de con olo PSF com a segunda sé ie a i icial do en o: ensão
de en ada e du y cycle do con e so .
Na igu a 4.34 obse am-se os alo es de TSR da u bina ins an âneo, no g á ico supe io , e
de coe icien e de po ência, no g á ico in e io . O alo de TSR da u bina ende a onda o seu
alo ó imo (3,49), obse ando-se algumas a iações p o ocadas pelo con olo do pi ch angle. O
mesmo se sucede pa a o alo de coe icien e de po ência, que é assumido possui um alo máximo
de 0,167. O coe icien e de po ência ende a possui es e alo e diminui o seu alo consoan e o
con olo pi ch angle, que limi a a po ência em ânsi o no sis ema.

4.4 Resul ados do mé odo de con olo PSF 71
Figu a 4.34: Resul ados do mé odo de con olo PSF com a segunda sé ie a i icial do en o: alo-
es ins an âneos de TSR e de coe icien e de po ência.
A úl ima igu a, que demons a os esul ados ob idos a a és des a sé ie a i icial de elocidade
do en o, é a Figu a 4.35. No g á ico supe io des a igu a obse a-se o compo amen o da co en e
de en ada ("I(L1)", em A) em elação à sua e e ência ("I e ", em A). Nos in e alos de empo em
que exis e a sa u ação da ensão de en ada do con e so , a con olabilidade é pe dida, deixando
a co en e de segui a e e ência. No en an o, a co en e i á assumi um alo cons an e, e a
po ência a ansi a no con e so man e -se-á no seu alo limi e, como se obse ou na Figu a
4.32. An e io men e concluiu-se que a elocidade de o ação da u bina se á cons an e, como
consequência da ensão cons an e nos e minais de en ada do con e so . Pa a que se man enha a
po ência den o dos limi es es ipulados, o con olo do ângulo das pás es a á na ealidade a con ola
o biná io cap ado pela u bina de manei a a que a po ência se man enha "cons an e"nos in e alos
de empo em caso, já que a úl ima é dada pelo p odu o en e a elocidade de o ação e o biná io
da u bina. De manei a análoga, do lado do con e so a po ência é dada pelo p odu o en e a
ensão e a co en e de en ada, ou seja, da mesma o ma que exis e uma elação en e a ensão de
en ada e a elocidade de o ação da u bina, exis e uma elação en e a co en e de en ada e o
biná io da u bina. Logo, o alo cons an e de co en e de en ada assegu ado pelo con olo do
pi ch angle, que se encon a a impo um biná io cons an e. No en an o, a e e ência de co en e
possui um compo amen o ano mal, possuindo mesmo alo es nega i os, acon ecimen o que não
pode á acon ece no con e so de ido à e i icação a díodos en e o p imei o e a máquina elé ica.
Como é desc i o em 4.3, es a e e ência de co en e é c iada a pa i de uma di isão en e uma saída
de um con olado PI e a ensão de en ada. O que acon ece é que, nos in e alos de empo em
que se sa u a a ensão de en ada e é pe dida a con olabilidade da co en e, a ensão em ânsi o
é ligei amen e supe io à de e e ência, em alo es médios. Na Figu a 4.25 é ilus ado como o
con olo de po ência depende da di e ença en e a e e ência d po ência e a po ência em ânsi o
no con e so . Como a segunda se á supe io à p imei a (limi ada a 1600W), a consequência se á
uma saída do con olado PI cada ez mais nega i a, de ido à componen e in eg ado a do mesmo.
72 Aplicação dos Mé odos de Con olo MPPT
A e e ência de co en e se á uma imagem da saída do con olado , a é que a ensão de en ada
deixe de oma o alo de 400V. No segundo g á ico da Figu a 4.35 obse a-se o compo amen o
das po ências de en ada e de saída do con e so CC/CC ele ado (ambas em W).
Figu a 4.35: Resul ados do mé odo de con olo PSF com a segunda sé ie a i icial do en o: co -
en e de en ada s. co en e de e e ência e po ência de en ada s. po ência de saída do con e so .
4.4.2 Resul ados do mé odo de con olo PSF: sé ies eais de elocidade do en o
Os esul ados ob idos a a és da aplicação do mé odo de con olo MPPT PSF na simulação do
sis ema de con e são de ene gia eólica podem se obse ados nas Figu as 4.36,4.37,4.38 e4.39.
Na p imei a des as qua o igu as são ilus adas a po ência no eio mecânico (em W) e a elocidade
do en o (em m/s) no p imei o e no segundo g á ico da igu a, espe i amen e. A po ência a
ansi a no eio possui o compo amen o espe ado, obse ando-se apenas um pequeno in e alo
de empo em que se dá um egime ansi ó io, como consequência da limi ação da e e ência de
po ência nesse in e alo. Es a e e ência de po ência ("Pdc e ", em W) e a po ência de en ada
do con e so ("Pdc 2", em W, medida a a és da mul iplicação dos alo es de en ada de ensão
e de co en e) podem se obse adas no p imei o g á ico da Figu a 4.37. É possí el obse a
como a segunda segue a p imei a, com o ac éscimo do ipple já ca ac e ís ico pa a o sis ema em
es udo. No segundo g á ico da mesma igu a, obse a-se como a co en e de en ada ("I(L1)", em
A) ambém segue a sua e e ência ("I e ", em A), e com um ipple mais eduzido que úl ima,
como ambém já se obse ou pa a o caso das sé ies a i iciais de elocidade de en o.
4.4 Resul ados do mé odo de con olo PSF 73
Figu a 4.36: Resul ados do mé odo de con olo PSF com a p imei a sé ie eal do en o: po ência
mecânica e elocidade do en o.
Figu a 4.37: Resul ados do mé odo de con olo PSF com a p imei a sé ie eal do en o: po ência
de e e ência s. po ência de en ada e co en e de e e ência s. co en e de en ada do con e so .
Na Figu a 4.38 encon am-se ilus adas a elocidade de o ação da u bina ("n", em pm), em
con as e com o alo ó imo que es a de e ia assumi ("n op ", em pm), e o alo ins an âneo de
TSR. Obse a-se como com es e mé odo de con olo, pa a além da elocidade de o ação e do
TSR assumi em os alo es p e endidos, o a anque do sis ema é ex emamen e ápido.
Na igu a 4.39, os alo es da po ência de en ada ("Pdc", em W) e da po ência de saída ("Po",
em W) são coinciden es, como se p e ende.
74 Aplicação dos Mé odos de Con olo MPPT
Figu a 4.38: Resul ados do mé odo de con olo PSF com a p imei a sé ie eal do en o: elocidade
de o ação da u bina s. o seu alo ó imo e alo ins an âneo de TSR.
Figu a 4.39: Resul ados do mé odo de con olo PSF com a p imei a sé ie eal do en o: po ência
de en ada s. po ência de saída do con e so .
Pa a a segunda sé ie eal de elocidade do en o, o am ob idos os esul ados ilus ados nas
Figu as 4.40,4.41,4.42,4.43 e4.44. Na Figu a 4.40 obse a-se o compo amen o da po ência
mecânica a ansi a no eio (em W), em elação à elocidade do en o (em m/s). A po ência
mecânica é ilus ada no g á ico supe io , e a elocidade do en o no in e io . À semelhança dos
esul ados ob idos an e io men e, obse am-se egimes ansi ó ios na po ência quando exis e li-
mi ação da mesma, aliados à exis ência de enómenos de o e shoo e de unde shoo . A causa
des es enómenos é a mesma já analisada nos esul ados da segunda sé ie a i icial de elocidade
do en o, em conc e o, ela i amen e à Figu a 4.32.
Na Figu a 4.41 obse am-se, no p imei o g á ico, as po ências de en ada ("Pdc 2", em W,
4.5 Compa ação de esul ados 81
Figu a 4.50: Compa ação de esul ados ob idos a a és da segunda sé ie eal de en o: endimen o
do sis ema pa a ambos os mé odos de con olo MPPT.
Na Figu a 4.52 es ão ep esen ados os alo es de TSR, do coe icien e de po ência e de e-
locidade de o ação da u bina (em pm) pa a os dois mé odos de con olo. Os compo amen os
obse ados nes es ês g á icos o am discu idos an e io men e, mas o na-se mais cla a a di e-
ença c iada pelo con olo a i o do TSR da u bina, que é a p incipal azão pela qual o mé odo de
con olo TSR possui uma gama maio de elocidades que o mesmo supo a.
Figu a 4.51: Compa ação de esul ados ob idos a a és da segunda sé ie eal de en o: co en es
e ensões de en ada do sis ema pa a ambos os mé odos de con olo MPPT.

82 Aplicação dos Mé odos de Con olo MPPT
Figu a 4.52: Compa ação de esul ados ob idos a a és da segunda sé ie eal de en o: alo es de
TSR, do coe icien e de po ência e de elocidade de o ação da u bina pa a ambos os mé odos de
con olo MPPT.
4.5.3 Compa ação de esul ados ob idos: conclusões
O mé odo de con olo MPPT PSF é e iden emen e mais en á el que o mé odo de con olo
TSR. Conside ando que a u ilização de um sis ema de con e são de ene gia eólica é no malmen e
ei a a longo p azo, a u ilização do mé odo PSF i á ge a mais ene gia a se inje ada na ede do que
se se aplicasse o mé odo TSR. O a anque do sis ema aplicando o mé odo PSF é ambém mui o
supe io . Po con as e, o mé odo TSR supo a uma gama maio de elocidades do en o pa a
um mesmo sis ema. Es e úl imo mé odo possui ambém enómenos de o e shoo mui o menos
exigen es do sis ema, no que oca à ans e ência de po ência.
Tendo em con a es es a o es, a escolha do mé odo de con olo MPPT a implemen a num
sis ema de con e são de ene gia eólica ai depende mui o da localização em que se encon a á a
u bina. Se a localização possui , po no ma, um en o calmo e cons an e, ou que ao a ia não
exiba elocidades bas an e ele adas, é p e e í el o mé odo de con olo PSF, po que es e i á aze
com que exis a uma maio en abilização do sis ema, sem que exis a g ande isco de dani icação
do sis ema ou que o mesmo passe g ande pa e do empo desligado po e uma elocidade de co e
baixa. Caso no local em que se si ua a u bina o en o seja mais imp e isí el e/ou demons e que
pode assumi alo es ele ados de elocidade, é p e e í el o mé odo de con olo MPPT TSR. Com
es e mé odo, o sis ema es a á ligado du an e maio es in e alos de empo, que signi ica á maio
p odução a longo p azo.
4.6 Resumo
Nes e Capí ulo oi ei a a desc ição dos mé odos de con olo MPPT a aplica no sis ema de
con e são de ene gia eólica. Di e sos esul ados o am ob idos, ilus ados e jus i icados pa a
4.6 Resumo 83
os mé odos de con olo MPPT TSR e PSF. Os mesmos o am ob idos endo em conside ação o
sis ema desc i o no an e io capí ulo, pa a sé ies empo ais de elocidade de en o que p e endem
a alia o mesmo em si uações no mais e de limi e pa a ambos os mé odos de con olo. É e e uada
uma compa ação dos esul ados ob idos pa a cada mé odo, e da qual são e i adas conclusões sob e
as an agens e des an agens de cada um.
84 Aplicação dos Mé odos de Con olo MPPT
Capí ulo 5
Conclusões e T abalho Fu u o
5.1 Sa is ação dos Objec i os
Pa a a elabo ação des e p oje o, oi ealizado um es udo ap o undado em elação aos sis emas
de con e são de ene gia eólica. A abo dagem do ema pa iu dos undamen os da ene gia eólica,
e como es a é cap u ada. Pa a que se possa ealiza a sua con e são pa a ene gia elé ica a inje a
na ede, o am analisadas as di e sas opologias, endo em con a os di e en es componen es que
podem cons i ui o sis ema. A análise desses componen es baseia-se na u ilização de di e en es
máquinas elé icas, di e en es con e so es elé ónicos e o es ágio de in e são mais ap op iado pa a
cada opologia. Pa a cada opologia, que é de inida pelos componen es desc i os an e io men e, é
analisada a possibilidade da aplicação de di e en es mé odos de con olo MPPT, endo em con a as
suas an agens e des an agens, ou si uações especí icas em que os mesmos podem se aplicados.
É analisado um caso de es udo, como uma solução que se des aca das ou as demons adas no Ca-
pí ulo 2. São analisadas ainda as condições necessá ias pa a c ia um sé ie a i icial de elocidade
de en o, endo como obje i o se u ilizada em ambien e de simulação, com um compo amen o o
mais semelhan e possí el da ealidade.
No âmbi o da mic o-ge ação (po ência de p odução meno que 10kW), o sis ema de con e -
são eólica oi dimensionado, endo em con a uma solução eal, pa a que o mesmo não seja díspa
daquilo que se de e espe a na p á ica. Pa a o dimensionamen o, o am ealizadas soluções al-
e na i as com o in ui o de melho a a capacidade de espos a das simulações, sem comp ome e
o compo amen o do mesmo. Es a solução oi ob ida com ele ado sucesso, ob endo-se os esul-
ados desejados. Os ní eis de po ência e de ensão, es ipulados pa a o sis ema, o am cump idos
com sucesso. Duas sé ies a i iciais de elocidade de en o o am c iadas, en ando eplica o
compo amen o eal do en o, es udado no Capí ulo 2. Aliado a es as, e e ua am-se medidas eais
da elocidade do en o, e pos e io men e escolhidas e ap esen adas as duas que e am capazes de
e e ua o melho es e dinâmico do sis ema.
Dimensionado o sis ema, implemen a am-se dois mé odos de con olo MPPT, que o am dis-
secados em elação ao aciocínio elabo ado pa a cada um. Os de idos esul ados o am le an a-
dos, ap esen ados e comen ados, endo em con a os mé odos e as sé ies empo ais de elocidade
85
86 Conclusões e T abalho Fu u o
de en o escolhidas. O ac o de se e implemen ado mais que um mé odo p opiciou à compa-
ação dos esul ados ob idos, e i ando-se as de idas conclusões e e e uando-se uma compa ação
en e as an agens e des an agens e/ou as si uações em que é mais p opícia a aplicação de um em
elação ao ou o.
Vá ias di iculdades su gi am du an e a elabo ação do p oje o que de em se al o de análise,
pa a que no u u o se possa con a iá-las com maio acilidade e com melho es esul ados.
Pa a a simulção do sis ema de con e são de ene gia eólica oi u ilizada a e amen a PSIM.
Sendo es a e amen o ocada em ci cui os de ele ónica de po ência, a mesma p opicia uma mais
acil cons ução do sis ema p e endido. No en an o, es e ac o ambém signi ica que as soluções
que es a e amen a disponibiliza são mais limi adas. Um des es casos deu-se aquando do dimen-
sionamen o da u bina eólica. Sendo o sis ema baseado numa solução come cial, en ou-se c ia
uma simulação semelhan e. No en an o, o PSIM não o e ece soluções pa a u binas eólicas do ipo
s all, apenas com con olo do pi ch angle. Tendo em con a que ealiza um es udo da ae odinâmica
de uma u bina do ipo s all, e eplicá-la no ambien e de simulação eque i ia um a e a mo osa,
op ou-se po ealiza um con olo do pi ch angle da u bina, já que o compo amen o é semelhan e
en e os dois ipos e que não i ia e g ande in luência no esul ado inal.
Ou a des an agem na u ilização do componen e que simula a u bina eólica a aplica no sis-
ema consis e na limi ação que exis e no que oca à equação que dá o coe icien e de po ência da
mesma. Exis indo apenas uma, o núme o de soluções que se pode iam aplica es a am limi adas
à pa ida. Pa a que se pudesse c ia uma solução ge al, assumiu-se um di e en e alo pa a o TSR
ó imo ( alo que co esponde ao endimen o possí el da u bina), e ,como consequência, a ene gia
que pode ia se ex aída e a mui o in e io à que se encon a a disponí el no ecu so eólico.
In elizmen e, no deco e do p oje o, icou po dimensiona e implemen a o con olo do ci -
cui o in e so , que a ia a conexão do ba amen o de co en e con ínua e con ola ia o luxo de
po ência a i a e ea i a pa a a ede. Dada a escassez do empo pa a ealiza o p oje o, e a de e -
minan e e e ua uma impo an e escolha: analisa o sis ema de con e são de ene gia eólica em
oda a sua cadeia de con e são, desde a on e a é à ede elé ica, e aplicando apenas um mé odo
de con olo, ou en ão não ealiza a pa e in e so a da cadeia, e oca odos os ecu sos pa a a
implemen ação de um mé odo de con olo MPPT adicional. Op ou-se pela segunda opção, consi-
de ando que a a és de ou o mé odo de con olo se se ia capaz de ob e uma melho pe cepção
da ealidade, no que oca à adap ação do sis ema ao ambien e que se ia inse ido, e no que oca às
conclusões que se pode iam i a i a a a és da compa ação dos dois mé odos.
5.2 T abalho Fu u o
An e io men e conclui-se que a u ilização dos componen es disponibilizados pelo PSIM i ão
in luencia a o ma como a solução inal é encon ada, condicionando-a. Como al e na i a pa a
um u u o abalho, uma no a e amen a pode se p ocu ada, um componen e de simulação que
eplique uma u bina do ipo s all pode se c iado, ou um con olo do pi ch angle de e se c iado,
de o ma a que a espos a do sis ema seja exa amen e igual.

5.2 T abalho Fu u o 87
Pa a que se possa encon a uma solução mais sa is a ó ia e mais e sá il, é p e e í el que seja
p ocu ada ou a solução pa a a u bina eólica a u iliza na simulação do sis ema. Pa a além de uma
limi ação de po ência de saída com o compo amen o desejado, a simulação da u bina de e p o-
po ciona libe dade no que oca ao seu coe icien e de po ência. Como o a e e ido an e io men e,
es a solução se ia bas an e mo osa, e op ou-se po não a segui .
Como p incipal e mais e iden e abalho u u o des e p oje o, de e se ealizado o ci cui o
in e so que a á a ligação e o con olo das po ências a i a e ea i a inje adas na ede elé ica.
88 Conclusões e T abalho Fu u o
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