Dissertação

{pt_PT=Control Development for a Darrieus Prototype Integrated in a SmartGrid for Urban Context} {} EVALUATED

{pt=A energia eólica, sendo um recurso ilimitado com uma pegada ecológica bastante reduzida ´e excepcionalmente atraente no âmbito do plano energético futuro. Economicamente a conversão da forma de energia eólica para a forma de energia eléctrica é das mais eficientes, sendo a tecnologia adjacente amplamente utilizada em contextos maioritariamente rurais e marítimos. Isto visto que até hoje as tecnologias existentes são de grande dimensão com uma produção de ruído considerável. De forma a produzir energia eléctrica mais perto do consumidor foi anteriormente desenvolvido um estudo e construção de um protótipo de turbina de eixo vertical Darrieus, com características propícias para a geração de energia eléctrica em contexto urbano, nomeadamente, a baixa emissão de ruído e a reduzida dimensão. Esta tese dá continuidade ao estudo do protótipo Darrieus anteriormente desenvolvido. Assim, nesta tese é estudada a modelação, identificação e controlo de um protótipo Darrieus de eixo vertical para integração em smart grid, funcionando em contexto urbano. Ao longo deste trabalho uma metodologia para formular uma estratégia de controlo é apresentada. Foi desenvolvido um modelo dinâmico do protótipo Darrieus acoplado a um gerador síncrono de ímanes permanentes e implementado em Matlab/Simulink. O protótipo foi instalado em ambiente controlado de túnel de vento, sendo posteriormente testado para recolha de dados considerando várias condições experimentais de funcionamento. Após tratamento de dados foi proposto um modelo empírico com objectivo de melhorar os resultados e uma solução de controlo foi proposta de forma a forçar a turbina eólica a operar em condições de eficiência máxima., en=Wind energy, being an non limited source of energy with a reduced ecological footprint is extremely appealing in the ambit of the future energy plan. Wind energy conversion to electrical energy is economically considered one of the most propitious conversions, being widely used in rural and sea context. However such technologies are yet to adapt to the urban environments, generating electricity closer to the consumer, which implies noise free, smaller turbines with ability to operate at considerably low wind speeds. This dissertation focuses on the modeling, the identification and the control of a new Darrieus prototype vertical axis wind turbine integrated in a smart grid for future installation in urban context. Throughout this work a new control strategy is proposed and a methodology is presented in order to achieve a solid foundation to the control process. A linear dynamic model of the Darrieus prototype equipped with a permanent magnet synchronous generator was developed in Matlab/Simulink. The prototype was assembled in a wind tunnel, tested and data validated at various experimental controlled conditions. Field tests using ZigBee standard are presented in order to organize a proposal for a smart grid architecture and a security data technology. With use of the data retrieved an empirical model was proposed. After comparison between the linear dynamic model and the experimental data a theoretical control solution was developed and implemented in order to successfully allow the wind turbine to generate electrical energy operating at maximum efficiency conditions. }
{pt=Energia eólica, Darrieus, Modelação, Estratégia de controlo, LQR, Identificação de sistemas, en=Wind Energy, Darrieus Wind Turbines, Dynamic Modeling, Control Strategy, LQR, Sistem Identification}

Junho 28, 2017, 11:0

Orientação

ORIENTADOR

Mario Rui Melicio da Conceição

Prof. Auxiliar na Universidade de Évora, Investigador no CSI/IDMEC/LAETA

Professor Auxiliar

ORIENTADOR

Paulo Jorge Coelho Ramalho Oliveira

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Associado

ORIENTADOR

Carlos Baptista Cardeira

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar