Sistemas Elicos

Simulao em Matlab/ Simulink de um Parque Elico de 9MW

Trabalho realizado por:Tiago Dures 21529Andr Vicente 22588

Mestrado Energias Renovvel e Eficincia Energtica

Introduo

O trabalho realizado um parque elico, constitudo por 6 aerogeradores de 1,5 MW conectados a um sistema de distribuio de 25 KV e interligados a uma rede de 120 KV atravs de um alimentador (feeder) de 25 KV e comprimento de 25 KM.O parque simulado por ts pares de aerogeradores de 1,5 MW equipados com um gerador de induo de rotor em gaiola de esquilo (squirrel-cage indutction generators).Os enrolamentos do estator esto ligados directamente a uma rede de 50HZ e o rotor accionado por uma turbina com controlo varivel do ngulo de pitch de forma a limitar a potncia de sada dos geradores potncia nominal quando a velocidade do vento excede a velocidade nominal (9 m/s).De forma a produzir energia, a velocidade do gerador de induo deve estar ligeiramente acima da velocidade sncrona. Assim, a velocidade vria aproximadamente entre 1 pu (sem carga) e 1.005 pu (a plena carga).A energia reactiva absorvida pelos geradores de induo induo parcialmente compensada por baterias de condensadores conectadas ao barramento de baixa tenso de cada aerogerador (200 KVAR para cada aerogeradores de 1,5 MW).

Simulaes e Questes

Colocar as velocidades do vento constante nas turbinas e iguais a 9 m/s.Simulao ATimer[0 2]Amplitude[9 9]

Questo: Que critrios devem satisfazer os aerogeradores para minimizar o impacto que podem produzir na ligao rede?

Os aerogeradores para minimizar o impacto que podem produzir na ligao rede tm que ter um gerador assncrono de induo com gaiola de esquilo (SCIG-Squirrel Cage Induction Gerarator), tem que estar conectados directamente rede atravs de um transformador, tem de usar baterias de condensadores para compensar a energia reactiva e a ligao rede suavizada por um soft-starter.

Variar a velocidade do vento do primeiro aerogerador para 11m/s no instante 5 segundos e para 6m/s no instante 10 segundos.

SimulaoBTimer[0 2 5 10]Amplitude[9 9 11 6]

Pela observao das ondas, podemos dizer que os reguladores de tenso e o controlo de energia reactiva nos geradores e pontos de consumo so usados para manter a tenso dentro de um limite e evitar problemas de estabelidade.

Questo: De que forma se pode controlar a potncia activa (refira tambm o controlo aerodinmico)? Qual a importncia do controlo da potncia activa?A potncia activa controlada atravs do controlo pitch (Controlo activo), isto , as ps rodam de modo a adaptarem-se s baixas e altas velocidades do vento, tem bom mtodo de controlo aerodinmico, assistncia no arranque, paragens de emergncia, controlo da potncia elctrica, mais complexo devido ao mecanismo e das flutuaes s altas velocidades.A importncia do controlo da potncia activa o de assegurar a estabilidade da frequncia, prevenir a sobrecarga, das linhas de transmisso, satisfazer os requisitos de qualidade e evitar grandes degraus da tenso e correntes de arranque durante as operaes de ligar /desligar das turbinas.A produo deve estar equilibrada com o consumo num sistema elctrico.Para evitar desequilbrios de longos perodos realizado a previso de cargas e o despacho das potncias das centrais produtoras.

Desligar o primeiro aerogerador no intervalo 5 segundos e voltar a ligar passados 10 segundos.Simulaao CTimer[0 5 15 17]Amplitude[9 0 9 9]

Pela observao das ondas, podemos dizer que no momento em que se fez a operao ligar/desligar, as turbinas elicas podem emitir flicker. Os flicker so normalmente causadas por operaes de ligar / desligar do sistema.

Questo: Qual o efeito do ligar/desligar de um gerador de induo no nvel da tenso da rede (refira o transito de energia reactiva)?

Os equipamentos so designados para funcionar para uma determinada tenso, os reguladores de tenso e o controlo de energia reactiva nos geradores e pontos de consumo so usados para manter a tenso dentro de um limite e evitar problemas de estabilidade. As turbinas elicas tambm devem contribuir para a regulao do sistema, quer a nvel da tenso que deve ser mantida no ponto de interligao da turbina ou do parque elico, quer a nvel da compensao da energia reactiva que deve fornecer.A qualidade da tenso avaliada pelas variaes rpidas da tenso, pela variao rpida do valor eficaz da tenso, onde a variao tem uma determinada durao (por exemplo as operaes de ligar/desligar). Para perturbaes de baixa frequncia temos o flicker e para os harmnicos temos as perturbaes na tenso ou corrente com frequncia n50 HZ.

Provoque um curto-circuito fase-terra no instante 12 segundos e com durao de 500ms, na linha de 25KV. Repita na linha de 120KV.

Questo: Refira a importncia de se dispor de rels de proteco no parque elico.

A importncia de se dispor de rels de proteco no parque elico que estes devem actuar durante um curto-circuito, sobre tenes ou subtenses durante e aps uma falha que podem danificar as turbinas e equipamentos associados.

Provocar um cava de tenso na rede de 120KV de -0,6 pu no instante 10 e com durao de 300ms.Simulao ERede 120KV

Pela observao das ondas, podemos dizer que se trata de uma reduo sbita da tenso, seguida de uma recuperao aps um curto espao de tempo. As cavas de tenso devem-se essencialmente a ligar/desligar de cargas, onde as grandes cavas devem-se a falhas na rede.

Questo: O que entende por capacidade de sobrevivncia a cavas de tenso (fault ride-though capability) de um aerogerador.Capacidade de sobrevivncia a cavas de tenso (fault ride-though capability) de um aerogerador a ocorrncia de curto - circuito pode colocar em risco a segurana dinmica de operao dos sistemas de energia, em resultado de poderem ocorrer perdas de volumes significativos de produo elica, resultado da incapacidade tenso. Por esta razo os cdigos de rede que tomaram forma nos ltimos anos obrigam invariavelmente os parques elicos (especialmente aqueles ligados a rede de alta tenso) a resistir a quedas de tenso at uma certa percentagem da tenso nominal (0% em alguns casos) durante um certo perodo de tempo. O Fault Ride Though Capability (FRTC), que descrito pala caracterstica da tenso v.s tempo. Os requisitos do FRTC tambm implicam uma restaurao rpida das potncias activa e reactiva aos seus valores normais. Alguns cdigos de rede impem um aumento da gerao de energia reactiva por parte dos parques elicos durante um distrbio na rede de forma a proporcionar suporte de tenso. Estes requisitos so diferenciados por tecnologias e variam entre operadores. Em termos gerais, pode dizer-se que os requisitos de FRTC especificam tempos mnimos durante os quais um gerador elico dever permanecer em servio, sendo esses tempos funo do valor de cava de tenso provocada pelo curto-circuito.

Concluso

Com a realizao deste projecto que foi a simulao de um parque elico ficamos a perceber como este funciona.Atravs das simulaes efectuadas, aprendemos que existem vrios acontecimentos que podem levar um parque elico a ficar parado varios dias se no tiver meios de proteco necessarios, o que se tornava um prejuizo enorme para a distribuiao de energia electrica e no s para os consumidores tambm.As exigencias de introduzir regras para um desempenho mais eficaz dos aerogeradores, de modo a resistir as cavas de tenso e o facto de apresentarem novos comportamentos com exigencias a nivel do comprimento de determinados padres de injeco de energia reactiva, obrigou necessidade de actualizar os codigos de rede.A penetrao de grandes quantidades de energia elica nas redes elctricas em condies de segurana, isto , de maneira controlada e sem afectar a estabelidade da rede, um objectivo atingivel. Para ser atingido este objectivo necessrio que a rede esteja preparada para suportar as elevadas alteraes de transito de energia introduzida pela produo descentralizada e de carcter varivel no tempo, que a produo elica seja entendida como um contributo em energia e no como garantia de potncia, que o administrador esteja preparado para despachar uma rede com alteraes frequentes no transito de potncia e para fazer previses de produo elica para vrios parques elicos instalados, que a rede esteja preparada para absorver os eventuais excedentes de produo elica nos perodos de vazio.Sistemas Elicos Pgina 10