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Tipo: Tese
Título: Operação de um parque eólico offshore com as unidades de geração conectadas em série com um sistema de transmissão VSC-HVDC
Autor(es): Almeida, Andrei de Oliveira
Primeiro Orientador: Barbosa, Pedro Gomes
Membro da banca: Almeida, Pedro Machado de
Membro da banca: Mendes, Victor Flores
Membro da banca: Cupertino, Allan Fagner
Membro da banca: Rolim, Luís Guilherme Barbosa
Resumo: Nas configurações de transmissão mais comuns para parques eólicos offshore, as unidades de geração são conectadas em paralelo, transmitindo energia até uma subestação em alto mar, onde a tensão é elevada e então transmitida até a costa por cabos submarinos, sendo possível utilizar corrente alternada ou contínua. Uma configuração de transmissão promissora, porém ainda não implementada comercialmente ou experimentalmente, utiliza as unidades de geração conectadas em série através dos terminais de saída de seus retificadores. Dessa forma, é possível elevar a tensão sem necessidade de uma subestação elevadora offshore, o que provavelmente reduz os custos e aumenta a eficiência do sistema. Neste trabalho as unidades de geração são formadas por uma turbina eólica, um gerador síncrono de ímãs permanentes, um retificador trifásico e um transformador de estado sólido CC, que contém um inversor em ponte completa, um transformador com núcleo de ar e um retificador a diodos. O transformador é fundamental para garantir isolação galvânica entre os componentes da unidade de geração e o link de transmissão CC. Na outra extremidade do sistema, utiliza-se um conversor multinível modular, que processa toda a energia fornecida pelo parque eólico, para que possa ser injetada na rede elétrica. A primeira contribuição deste trabalho é o projeto de um transformador de estado sólido CC, com dimensões adequadas à instalação em um aerogerador, com auxílio do programa FEMM. Outra contribuição é uma solução relacionada à estratégia de modulação do conversor multinível modular, usada para mitigar problemas relacionados ao desequilíbrio das tensões nos polos positivo e negativo no link CC, causado pela posição do aterramento. Por fim, é investigada a operação de um sistema com dois ou mais arranjos de unidades em série, conectados em paralelo. Nesta configuração, são observados problemas de sobrecorrente nos arranjos e sobretensão nas unidades de geração. A fim de mitigar esses problemas, é proposta uma estratégia de controle baseada na ideia de admitância virtual. Simulações no programa PSCAD/EMTDC são usadas a fim de verificar o funcionamento do parque eólico conectado em série, assim como das estratégias de controle propostas.
Abstract: In the most used transmission configurations for offshore wind farms, the generating units are connected in parallel, transmitting the energy to an offshore substation, where the voltage is increased and then transmitted to the coast by subsea cables, what can be done using alternate or direct current. A promising transmission configuration, but not used commercially or experimentally, have the generating units connected in series through the output terminals of their rectifiers. In this sense, it is possible to increase the voltage without the need of an offshore substation, which probably reduce the costs and increase the overall efficiency. In this work, the generating units are composed of a wind turbine, a permanent magnet synchronous generator, a three-phase rectifier and a dc solid state transformer, which has a full-bridge inverter, an air core transformer and a diode rectifier. The transformer is essential to ensure galvanic insulation between the generating unit components and the dc link. On the receiving end, a modular multilevel converter is used as an inverter, which process all the energy supplied by the wind farm and inject it into the mains. The first contribution of this work is the design of a dc solid state transformer, with proper dimensions to the installation in a wind turbine, using the FEMM software. Another contribution is a solution related to the modulation strategy of the modular multilevel converter. It is used to mitigate problems related to the unbalanced voltages on the positive and negative poles of the dc link, caused by the ground position. Finally, it is investigated the operation of a system with two or more sets of series connected units in parallel. In this configuration, there are overcurrent problems in the sets and overvoltage in the generating units. In order to mitigate these problems, it is proposed a control strategy based on the idea of virtual admittance. Simulations in the PSCAD/EMTDC software are used to verify the operation of the series-connected wind farm, as well as the proposed control strategies.
Palavras-chave: Conversão de energia eólica
Parques eólicos offshore conectados em série
Transmissão VSC-HVDC
Conversor multinível modular
Conversor NPC
Transformador de estado sólido CC
Wind energy conversion
Series-connected offshore wind farms
VSC-HVDC transmission
Modular multilevel converter
NPC converter
DC solid state transformer
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Sigla da Instituição: UFJF
Departamento: Faculdade de Engenharia
Programa: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Licenças Creative Commons: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/15297
Data do documento: 5-Abr-2023
Aparece nas coleções:Doutorado em Engenharia Elétrica (Teses)



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