Universidade Federal do Pará
Programa de Pós – Graduação em Engenharia Elétrica
Prof. Dr.Eng. Marcus Vinicius Alves Nunes
Prof. Dr. Marcus Vinicius Alves Nunes
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.
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 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
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 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
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 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
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 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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 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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 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
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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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 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.
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