Development of a computational modeling of wind energy conversion systems with synchronous generators for power quality studies

The majority of wind energy conversion systems (WECS) currently in operation in the world uses asynchronous generators for the transformation of the energy contained in the wind into electric energy. In Brazil, although small the amount of wind power stations, the existing units are mainly based on synchronous generation principles. This is in accordance with the technology named as German concept. Using this technology, the turbine operates with variable speed since the synchronization of the generation with the main grid is made through static frequency converters. Presently, the schemes using variable speed have not yet been followed by comprehensive computational simulation resources to provide means for assessment procedures and operating studies. This fact guided the subject of this thesis research topic, which directed to the development of a software destined to the modeling and studies of wind parks of variable speed taking into account aspects concerning to power quality. The technique here employed is based upon time domain representation. Therefore, a powerful tool to cope with both transient and steady state conditions is obtained. Within this context, distinct operational and real site situations of the electric utility grid at the point of common coupling are evaluated. The impacts on the power quality indexes emphasize the potentiality of the program as a tool to evaluate the connections of new wind parks to the interconnected power system.Doutor em CiênciasGrande parte dos sistemas de conversao de energia eólica (WECS) atualmente em operação no mundo utiliza geradores assíncronos para a transformação da energia contida no vento em energia ellétrica. No Brasil, embora se reconheça que a parcela de centrais eólicas ainda seja bastante reduzida, destaca-se que o princípio da geração empregada e majoritariamente síncrona, o que está em consonância com a tecnologia denominada por conceito alemão. Dentro deste princípio, a turbina opera com veloci dade variável e a sincronização da geração com a rede é feita através de conversores estáticos de frequência. Neste particular ressalta-se que os recursos de simulação atual mente disponíveis, e que utilizam a tecnologia aqui destacada, ainda são escassos. Este fato norteou o tema de pesquisa desta tese, o qual encontra-se direcionado para o de senvolvimento de um software destinado µa modelagem e estudos de desempenho de parques eolicos de velocidade variável e sua correlação com aspectos associados com a qualidade da energia elétrica. A técnica de modelagem empregada fundamenta-se no domínio do tempo e assim procedendo obtém-se uma ferramenta que contempla situa ções transitórias e permanentes de funcionamento do complexo elétrico considerado. Distintas situações operacionais e representativas de condições ideais e não ideais da rede elétrica de conexção são avaliadas e seus impactos sobre os indicadores de quali- dade enfatizam a potencialidade do modelo/programa como ferramenta para estudos de acesso de novas instalações ao sistema elétrico interligado