Circuitos de proteção contra sobretensão para turbinas pico-hídricas e eólicas ligadas à rede elétrica através de inversores eletrónicos

Mestrado de dupla diplomação com a UTFPR - Universidade Tecnológica Federal do ParanáO uso de energias renováveis, nomeadamente, fotovoltaica, eólica e hídrica, é uma alternativa para reduzir a emissão de poluentes e aumentar a produção dispersa de energia e a sua integração na rede elétrica ou em microrredes. A presente dissertação tem como objetivo implementar e validar um sistema de proteção eletrónico que permite acoplar turbinas eólicas e pico-hídricas com inversores eletrónicos. O sistema é constituído por circuitos eletrónicos que retificam e filtram a tensão de saída dos geradores acoplados às turbinas e protegem a entrada dos conversores eletrónicos, de ligação à rede, contra sobretensão. Na ausência desse sistema, caso seja aplicado um valor de tensão superior ao máximo suportado na entrada dos conversores, estes são danificados, já que a velocidade da turbina e, consequentemente a tensão de saída do gerador aumentam se trabalharem em vazio, ou seja, sem carga. A validação do sistema desenvolvido foi realizada em duas etapas e consiste em verificar os instantes em que as proteções atuam para dois casos: em vazio, quando não existe carga na saída do gerador; em excesso de potência, quando os inversores não conseguem processar toda a potência disponível no gerador. Na primeira etapa, três sistemas picohídricos reais são testados para observar o comportamento do circuito de proteção em vazio. O primeiro sistema consiste numa roda d’água ligada em um gerador que pode ir até os 300 W, os restantes referem-se a duas turbinas pico-hídricas, uma Pelton e outra Turgo, conectadas a geradores que podem fornecer até 1200 W. Na segunda etapa, testes adicionais são desenvolvidos em uma bancada com um aerogerador, a fim de simular o comportamento de uma pico-hídrica que fornece potência superior ao valor que o inversor fotovoltaico consegue processar. Além disso, oito modelos de inversores distintos foram testados e, independente de terem sido sincronizados com a rede elétrica, os circuitos de proteção projetados mostraram-se eficientes em todos os testes, pois limitaram o valor da tensão e da potência parametrizadas para cada inversor.The use of renewable energy, namely, photovoltaic, wind and hydro is an alternative to reduce the emission of pollutants and increase the dispersed energy production and their integration into electrical grid or microgrids. This dissertation aims to implement and validate a protective electronic system that allows attaching wind turbines and pico-hydro with electric inverters. The system is composed of electrical circuits that rectify and filter the output voltage of the generators coupled to the turbines and protect the input of the electronic converters, of grid connections, against over-voltage. In the absence of this system, in case of a higher voltage value than the maximum amount supported in the converters input, these will be damaged, since the velocity of the turbine and, consequently, the generator output voltage increases they work with no load connected. The developed system validation was conducted in two stages and it consists to verify the instants that the protections act: when there is no load at generator output; in excess of power, when the inverters can not process all the available power in the generator. In the first stage, three real pico-hydro systems are tested to watch the protection circuit in no-load behavior. The first system consists in a water wheel connected in a generator that can go up to 300 W, the others relate to two pico-hydro turbines, one Pelton and a Turgo, connected to generators that can reach up to 1200 W. In the second stage, are developed additional testing in a work bench with a windmill, in order to simulate the behavior of a pico-hydro that provides power higher than the value that the PV inverter can process. In addition, eight different inverters models were tested and, regardless of being synchronized with the electric grid, the designed protection circuit proved efficient in all the tests, because it limited the voltage value and the parameterized power to each inverter