Performance optimization of switched reluctance generator in wind systems : an approach based on design of computer experiment

Orientadores: Ernesto Ruppert Filho, Tárcio André dos Santos BarrosDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: Nesta dissertação de mestrado é apresentada uma proposta para otimização de desem- penho do gerador de relutância variável (GRV) em um sistema de conversão de energia eólica. O desempenho desse gerador elétrico é altamente influenciado pelos parâmetros de acionamento, neste caso, pelos ângulos de acionamento e pela tensão no barramento em corrente contínua (elo CC). Em geral, os parâmetros de acionamento ótimos são obtidos por meio de simulações massivas ou baseado em técnicas de tentativa e erro. Neste tra- balho, propõem-se a utilização de algoritmos baseados em planejamento de experimentos computacionais para determinar os ângulos ótimos de acionamento do GRV e a tensão elé- trica ótima no elo CC, com intuito de garantir o melhor desempenho do sistema para cada velocidade de operação. A técnica de preenchimento de espaço (space-filling) é adotada para desenvolvimento de um modelo de superfície de resposta polinomial, a qual é utili- zada para construir uma função multiobjetivo, considerando a melhoria da eficiência e a redução na ondulação do torque eletromecânico da máquina elétrica. Para a obtenção dos pontos ótimos, utilizou-se o método do ponto interior com o objetivo de localizar o mínimo da superfície construída. Recursos matemáticos disponíveis no Matlab® foram utilizados para proceder com o planejamento de experimentos computacionais. O controle direto de potência é utilizado para obter a potência máxima em função da velocidade do rotor, empregando os parâmetros ótimos encontrados. Os controles por histerese de corrente e por pulso único são aplicados para baixa e alta velocidade de rotação, respectivamente. Os resultados das simulações realizadas no Simulink® e dos ensaios experimentais obtidos comprovam que a metodologia proposta retorna uma otimização eficiente, estruturada e que resulta na redução do esforço computacional de processamentoAbstract: This master dissertation presents a study to optimize the performance of the switched reluctance generator (SRG) in a variable wind energy conversion system. SRG¿s perfor- mance is highly influenced by the operating parameters, which are the operating angles and the DC link voltage. Usually, these optimal parameters are achieved by means of cumbersome simulation or by means of trial-and-error methods. In this work, it is pro- posed the utilization of algorithms based on design of computational experiment (DCE) to determinate the optimal firing angles and the optimal DC link voltage that guarantee the best system behavior for each rotor speed. Third order response surface model (RSM) based on space-filling designs is applied to build a multiobjective function considering effi- ciency improvement and torque ripple reduction. Interior point method (IPM) is applied to find the minimum of the surface, optimizing the process. Matlab® toolboxes were used to conduct the design of computational experiment. Direct power control (DPC) is used to obtain the maximum power as function of the rotor speed, employing the optimal pa- rameters. Hysteresis and single pulse current control are applied for low and high speed operation, respectively. Simulink® simulations and experimental results have shown that the proposed approach returned a good compromise between SRG high efficiency and low torque ripple. Moreover, the presented technique reduces the computational effort and provides a clear massive data simulation frameworkMestradoEnergia EletricaMestre em Engenharia ElétricaCAPE