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Universidade Federal do Pará Programa de Pós – Graduação em Engenharia Elétrica Prof. Dr.Eng. Marcus Vinicius Alves Nunes
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Principais Componentes do Sistema Eólico de Alta Potência para fins de integração na rede Elétrica A figura a seguir mostra os componentes de um aerogerador no interior da nacele
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Principais Componentes do Sistema Eólico de Alta Potência para fins de integração na rede Elétrica Geradores A escolha dos geradores a serem integrados aos sistemas de conversão eólica de grande porte (Altas potências) constitui-se em um problema tecnológico que depende do esquema adotado (velocidade fixa ou variável), envolvendo os seguintes aspectos relacionados à energia primária e à rede elétrica na qual o sistema eólico é inserido:
Comportamento característico da velocidade do vento e conseqüentemente do torque mecânico de entrada na turbina no local;
Exigência de freqüência e tensão constantes na energia elétrica final produzida;
Rede elétrica fraca, com limitações na transmissão da potência elétrica, ou sistema forte com reservas de potência reativa;
Facilidade de instalação, operação e manutenção do gerador em situações de isolamento geográfico. Prof. Dr. Marcus Vinicius Alves Nunes
Principais Componentes do Sistema Eólico de Alta Potência para fins de integração na rede Elétrica Geradores Gerador a Ímã Permanente (PM) Integrado a Sistemas de Grande Porte A figura a seguir apresenta o sistema Eólico com Gerador a Imã Permanente – Acoplamento Direto
Conversor de Potência
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Rede
Principais Componentes do Sistema Eólico de Alta Potência para fins de integração na rede Elétrica Geradores Gerador Síncrono de Rotor Bobinado para aplicações em Alta Potência A figura a seguir mostra o gerador Síncrono de Rotor Bobinado com Realimentação de Campo Conversor de Potência do Rotor
Potência do Estator
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Rede
Principais Componentes do Sistema Eólico de Alta Potência para fins de integração na rede Elétrica Geradores Gerador Síncrono de Rotor Bobinado para aplicações em Alta Potência A figura a seguir mostra o gerador Síncrono de Rotor Bobinado com Realimentação de Campo e conexão a rede elétrica via conversores Estáticos. Conversor de Potência do Rotor
Conversor de Potência do Estator
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Rede
Principais Componentes do Sistema Eólico de Alta Potência para fins de integração na rede Elétrica Geradores Gerador Síncrono de Rotor Bobinado para aplicações em Alta Potência A figura a seguir mostra o Rotor do Gerador Síncrono para Aplicação em Sistemas Eólicos.
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Principais Componentes do Sistema Eólico de Alta Potência para fins de integração na rede Elétrica Geradores Gerador Assíncrono de Rotor em Gaiola A figura a seguir mostra o sistema Eólico com Gerador Assíncrono de Rotor em Gaiola Interligado à Rede Elétrica através de um Conversor Estático.
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Principais Componentes do Sistema Eólico de Alta Potência para fins de integração na rede Elétrica Geradores Gerador Assíncrono de Rotor em Gaiola A figura abaixo apresenta o Sistema Eólico Convencional com Gerador Assíncrono de Rotor em Gaiola e ligação direta à rede. Concepção Dinamarquesa
Caixa de Engrenagens
“Soft Starter”
Banco de Capacitores
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Rede
Principais Componentes do Sistema Eólico de Alta Potência para fins de integração na rede Elétrica Geradores Geradores de Indução Duplamente Excitados A figura a seguir mostra Gerador de indução duplamente alimentado. Acionamento Kramer Estático Fluxo de Potência Indutor
Retificador a Diodos
Inversor a Tiristores
1
3
5
4
6
2
4
6
2
1
3
5
Rede
(GI)
Transformador
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Principais Componentes do Sistema Eólico de Alta Potência para fins de integração na rede Elétrica Geradores Geradores de Indução Duplamente Excitados A figura a seguir mostra o Esquema Simplificado do Gerador de Indução Duplamente Alimentado com Acionamento Scherbius EstáticoSistema Anti-Paralelo PWM Rede Elétrica
Caixa de Engrenagens
Gerador DFIG
C1
C2
Conversor Interligado à Rede
Conversor Interligado ao Rotor
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Esquemas Eólicos de Velocidade Variável (VV) A operação em velocidade variável apresenta como características principais em relação aos esquemas fixos, entre outras: A redução da fadiga e da carga em altas velocidades do vento no sistema de transmissão (eixo+caixa de engrenagens); Aumento da energia eólica extraída; Menor variabilidade do torque mecânico com conseqüente redução da tensão no eixo do rotor da turbina; Diminuição do nível de ruído aerodinâmico; Melhoria da qualidade de energia com a redução do efeito “flicker” característico dos sistemas de velocidade fixa.
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Conversores de Potência para os Sistemas de Velocidade Variável (VV) Conversores de Potência com Modulação PWM A figura a seguir mostra Conversor a 4 quadrantes funcionando como conversor de potência de turbinas eólicas. Conversores Duais – 4 Quadrantes
~ Rede CA
C
Xac
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GI
Conversores com Comutação pela Linha e de Comutação Forçada
Os inversores com comutação pela linha, ou inversores tiristorizados precisam da conexão à rede para operar. A corrente no lado da rede é proporcional à corrente na entrada do inversor, e o fator de potência varia com a tensão no lado CC. Estes inversores consomem potência reativa para operar. Os inversores a tiristor já são bastante conhecidos e produzidos em escala comercial, o que mantém estável o custo dos mesmos. As chaves tiristorizadas podem trabalhar dentro de determinados limites de sobrecarga sem danos, porém faz-se necessário um esquema adicional para proteção das mesmas diante de quedas abruptas da tensão na rede elétrica.
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Conversores com Comutação pela Linha e de Comutação Forçada Estes inversores apresentam como principal desvantagem a geração de harmônicos de corrente em baixa freqüência, que implicam em maiores perdas para o sistema elétrico, estabelecendo a necessidade do uso de filtros de alta potência e custo. Freqüentemente, os filtros para sistemas eólicos que utilizam inversores com comutação pela linha devem ser projetados para eliminar harmônicos na faixa de quinta e sétima ordens. Quando ligados à rede, os filtros produzem potência reativa que alimenta os conversores, melhorando o fator de potência dos mesmos.
Na comutação forçada, por outro lado, os próprios conversores controlam o seu período de condução. Isto significa que o inversor pode gerar sua própria tensão trifásica de saída e se o mesmo for conectado à rede, este define livremente em qual fator de potência trabalhar e em que direção a potência irá fluir. Em algumas situações, como em redes fracas ou com grande parcela de geração eólica, o fator de potência é estabelecido como unitário. Prof. Dr. Marcus Vinicius Alves Nunes
