Simulação de um sistema aerogerador com controlo óptimo predictivo

Nesta dissertação de mestrado propõe-se simular um sistema para melhorar a qualidade da energia eléctrica produzida por um parque eólico, utilizando conversores multinível NPC costas com costas e controlo óptimo predictivo. Neste trabalho é feito o controlo da potência activa e reactiva que é fornecida à rede de energia eléctrica, a partir de um gerador eólico e é optimizada a forma de onda alternada e sinusoidal de tensão trifásica sem neutro, minimizando o tremor das correntes e a distorção harmónica total, contribuindo para melhorar a qualidade de energia da rede ou de sistemas de alimentação para aplicações críticas como são os sistemas de telecomunicações. Recorre-se ao Matlab/Simulink para simular e comparar os resultados obtidos no sistema de conversão de energia de um parque eólico com o conversor costas com costas com controlo óptimo predictivo com os resultados obtidos com o conversor costas com costas PWM, disponível na biblioteca do software de simulação.

Previsão de produção de energia elétrica a partir do vento

A capacidade de prever a produção de energia eólica com precisão num parque eólico é de extrema relevância tanto do ponto de vista económico bem como de controlo e estabilidade da rede elétrica. Vários e diferentes métodos têm sido utilizados para este propósito, como os físicos, estatísticos, lógica difusa e redes neuronais artificiais. Os dados disponíveis dos parques eólicos contêm ruído e leituras inesperadas em relação às entradas disponíveis. Lidar com estes dados não é uma tarefa simples mas, neste trabalho, as Redes Neuronais Artificiais são usadas para prever a potência gerada baseada em medições locais do vento. Os resultados mostram que as Redes Neuronais Artificiais são uma ferramenta que deve ser considerada nestas difíceis condições, uma vez que elas proporcionam uma precisão razoável nas suas previsões.

Técnicas de simplificação de redes e otimização multiobjetivo para análise de variações de tensão em regime permanente provocadas por parques eólicos integrados ao sistema elétrico

This study presents a description of the development model of a representation of simplified grid applied in hybrid load flow for calculation of the voltage variations in a steady-state caused by the wind farm on power system. Also, it proposes an optimal load-flow able to control power factor on connection bar and to minimize the loss. The analysis process on system, led by the wind producer, it has as base given technician supplied by the grid. So, the propose model to the simplification of the grid that allows the necessity of some knowledge only about the data referring the internal network, that is, the part of the network that interests in the analysis. In this way, it is intended to supply forms for the auxiliary in the systematization of the relations between the sector agents. The model for simplified network proposed identifies the internal network, external network and the buses of boulders from a study of vulnerability of the network, attributing them floating liquid powers attributing slack models. It was opted to apply the presented model in Newton-Raphson and a hybrid load flow, composed by The Gauss-Seidel method Zbarra and Summation Power. Finally, presents the results obtained to a developed computational environment of SCILAB and FORTRAN, with their respective analysis and conclusion, comparing them with the ANAREDE

Comparação entre modelos equivalentes de aerogeradores síncronos utilizando o programa ATP

At present, the electricity generation through wind energy has an importance growing in the world, with the existence of very large plans for future wind power installation worldwide. Thus, the increasing the electricity generation through wind power requires, more and more, analysis of studies of interaction between wind parks and electric power systems. This paper has as purposes to implement equivalent models for synchronous wind generators to represent a wind park in ATP program and to check behavior of the models through simulations. Simulations with applications of faults were achieved to evaluate the behavior of voltages of system for each equivalent model, through comparisons between the results of models proposed, to verify if the differences obtained allows the adoption of the simplest model

Desenvolvimento de Modelos no Programa DigSILENT PowerFactoryTM para o Estudo de Estabilidade Transitória em Sistemas Elétricos de Potência com Aerogerador

This work presents a description of models development at DigSILENT PowerFactoryT M program for the transient stability study in power systems with wind turbine. The main goal is to make available means to use a dynamic simulation program in power systems, widely published, and utilize it as a tool that helps in programs results evaluations used for this intent. The process of simulations and analyses results starts after the models setting description phase. The results obtained by the DigSILENT PowerFactoryT M and ATP, program chosen to the validation also international recognized, are compared during this phase. The main tools and guide lines of PowerFactoryT M program use are presented here, directing these elements to the solution of the approached problem. For the simulation it is used a real system which it will be connected a wind farm. Two different technologies of wind turbines were implemented: doublyfed induction generator with frequency converter, connecting the rotor to the stator and to the grid, and synchronous wind generator with frequency converter, interconnecting the generator to the grid. Besides presenting the basic conceptions of dynamic simulation, it is described the implemented control strategies and models of turbine and converters. The stability of the wind turbine interconnected to grid is analyzed in many operational conditions, resultant of diverse kinds of disturbances

Desenvolvimento de modelos no programa digSILENT powerfactoryTM para o estudo de estabilidade transitória em sistemas elétricos de potência com aerogerador

This work presents a description of models development at DigSILENT PowerFactoryTM program for the transient stability study in power systems with wind turbine. The main goal is to make available means to use a dynamic simulation program in power systems, widely published, and utilize it as a tool that helps in programs results evaluations used for this intent. The process of simulations and analyses results starts after the models setting description phase. The results obtained by the DigSILENT PowerFactoryTM and ATP, program chosen to the validation also international recognized, are compared during this phase. The main tools and guide lines of PowerFactoryTM program use are presented here, directing these elements to the solution of the approached problem. For the simulation it is used a real system which it will be connected a wind farm. Two different technologies of wind turbines were implemented: doubly-fed induction generator with frequency converter, connecting the rotor to the stator and to the grid, and synchronous wind generator with frequency converter, interconnecting the generator to the grid. Besides presenting the basic conceptions of dynamic simulation, it is described the implemented control strategies and models of turbine and converters. The stability of the wind turbine interconnected to grid is analyzed in many operational conditions, resultant of diverse kinds of disturbances

Modelos equivalentes de parques eólicos usando algoritmos genéticos

Esta dissertação apresenta uma metodologia baseada em algoritmo genético (AG) para determinar modelos dinâmicos equivalentes de parques eólicos com geradores de indução em gaiola de esquilo ( GIGE) e geradores de indução duplamente alimentados ( GIDA), apresentando parâmetros elétricos e mecânicos distintos. A técnica se baseia em uma formulação multiobjetiva solucionada por um AG para minimizar os erros quadráticos das potências ativa e reativa entre modelo de um único gerador equivalente e o modelo do parque eólico investigado. A influência do modelo equivalente do parque eólico no comportamento dinâmico dos geradores síncronos é também investigada por meio do método proposto. A abordagem é testada em um parque eólico de 10MW composto por quatro turbinas eólicas ( 2x2MW e 2x3MW), consistindo alternadamente de geradores GIGE e GIDA interligados a uma barra infinita e posteriormente a rede elétrica do IEEE 14 barras. Os resultados obtidos pelo uso do modelo dinâmico detalhado para a representação do parque eólico são comparados aos do modelo equivalente proposto para avaliar a precisão e o custo computacional do modelo proposto.

Parques eólicos: impactos socioambentais provocados na região da praia do Cumbe, no município de Aracati Ceará

Pós-graduação em Geografia - IGCE

Adaptación del método Demit al contexto mexicano : Identificación de elementos a reformular para su aplicación eficaz

El método DEMIT (Desarrollo Energético por Modelización e Inteligencia Territorial, véase figura 1) fue implementado para dar respuesta a las solicitudes de los ciudadanos de Quebec, Canadá, de transparencia y de participación en la toma de decisión para la puesta en marcha de parques eólicos. DEMIT articula dos métodos multicriterio: la Ayuda a la Decisión Multicriterio (ADMC) y los Sistemas de Información Geográfica (SIG) colaborativos y participativos. Dichas herramientas multicriterio proveen a los tomadores de decisión de un conjunto de condiciones que permitirán una toma de decisión transparente y participativa durante la implantación de un parque eólico. Este método fue objeto de un caso de estudio, entre 2010 y 2011, de un parque eólico en operación en Quebec. En 2012, gracias a un financiamiento para un proyecto bilateral Quebec-México, se realizó una primera y somera adaptación al contexto mexicano, en donde se identificaron algunos elementos que deben reformularse para su aplicación eficaz en México. Dichos elementos se presentan en esta comunicación

Adaptación del método Demit al contexto mexicano : Identificación de elementos a reformular para su aplicación eficaz

El método DEMIT (Desarrollo Energético por Modelización e Inteligencia Territorial, véase figura 1) fue implementado para dar respuesta a las solicitudes de los ciudadanos de Quebec, Canadá, de transparencia y de participación en la toma de decisión para la puesta en marcha de parques eólicos. DEMIT articula dos métodos multicriterio: la Ayuda a la Decisión Multicriterio (ADMC) y los Sistemas de Información Geográfica (SIG) colaborativos y participativos. Dichas herramientas multicriterio proveen a los tomadores de decisión de un conjunto de condiciones que permitirán una toma de decisión transparente y participativa durante la implantación de un parque eólico. Este método fue objeto de un caso de estudio, entre 2010 y 2011, de un parque eólico en operación en Quebec. En 2012, gracias a un financiamiento para un proyecto bilateral Quebec-México, se realizó una primera y somera adaptación al contexto mexicano, en donde se identificaron algunos elementos que deben reformularse para su aplicación eficaz en México. Dichos elementos se presentan en esta comunicación

Adaptación del método Demit al contexto mexicano : Identificación de elementos a reformular para su aplicación eficaz

El método DEMIT (Desarrollo Energético por Modelización e Inteligencia Territorial, véase figura 1) fue implementado para dar respuesta a las solicitudes de los ciudadanos de Quebec, Canadá, de transparencia y de participación en la toma de decisión para la puesta en marcha de parques eólicos. DEMIT articula dos métodos multicriterio: la Ayuda a la Decisión Multicriterio (ADMC) y los Sistemas de Información Geográfica (SIG) colaborativos y participativos. Dichas herramientas multicriterio proveen a los tomadores de decisión de un conjunto de condiciones que permitirán una toma de decisión transparente y participativa durante la implantación de un parque eólico. Este método fue objeto de un caso de estudio, entre 2010 y 2011, de un parque eólico en operación en Quebec. En 2012, gracias a un financiamiento para un proyecto bilateral Quebec-México, se realizó una primera y somera adaptación al contexto mexicano, en donde se identificaron algunos elementos que deben reformularse para su aplicación eficaz en México. Dichos elementos se presentan en esta comunicación

Integración paisajística de los parques eólicos. Metodología para localizar, y gestionar el impacto paisajístico de los parques eólicos.

Uno de los elementos que más preocupan, especialmente a la población de la zona donde se pretende implantar un parque eólico, es la afección paisajística por la introducción de elementos artificiales, muy visibles, con partes móviles que atraen la mirada, que casi siempre destacan en altura sobre el horizonte, y que contrastan fuertemente, por formas, materiales y colores, en casi cualquier panorama. Aunque se trata de un efecto muy obvio y notable, su valoración reviste cierta dificultad, fundamentalmente por el carácter de percepción subjetiva que posee el paisaje. Y es que el paisaje constituye una experiencia de carácter subjetivo, por más que muchos de los elementos de la percepción sean objetivables. En este sentido el paisaje es la ?percepción polisensorial y subjetiva de la expresión externa en que se manifiesta el sistema territorial? (Gómez Orea, 2008) Analizar el paisaje implica, por tanto, analizar dos lugres, un espacio objetivo, la imagen externa del sistema, y un espacio subjetivo: el percibido por el observador, porque el paisaje no existe hasta que es interpretado por el observador. Debe existir un perceptor para que el paisaje se revele y manifieste, para Teresa Villarino (2008) el paisaje es el territorio, más la luz, más la mirada humana. Para resolver esta dificultad se propone una metodología que se enfoca hacia la ?lectura? del paisaje, es decir, a entenderlo al igual que lo hacían el hombre primitivo o el agricultor ancestral, que utilizaban el paisaje como fuente esencial de información sobre el medio físico, para planificar sus asentamientos, sus estrategias de caza, o la ubicación de sus cultivos en las áreas más fértiles. Esta metodología para leer el territorio persigue: Identificar, conocer y cartografiar los elementos primarios de la percepción existentes en el ámbito geográfico de interés sometido a estudio. Son aquellos que se pueden observar directamente: formas, texturas, colores, etc. Diagnosticar la situación en que se encuentra el paisaje (cómo es y cómo funciona), la forma en que se ha llegado a ella (evolución histórica), la evolución previsible hacia el futuro, con qué valores cuenta, cuales son los problemas actuales o potenciales que le afectan, qué potencialidades ofrece y qué limitaciones de uso y aprovechamiento presenta para garantizar su sostenibilidad. Es lo que en la metodología que se propone se denominan elementos elaborados de percepción, que se determinan aportando a los elementos básicos métodos de interpretación propios del diagnóstico. Facilitar la inserción del paisaje en el proceso de toma de decisiones al que se aplica. Tal inserción pretende la mejor integración del proyecto de aprovechamiento de energía eólica en el paisaje, de tal manera que su instalación no suponga una merma de su valor, tanto como indicador históricocultural, recurso socioeconómico directa e indirectamente explotable, factor ambiental susceptible de ser afectado por las actividades humanas, componente de la calidad de vida, etc. Esto se resuelve en la metodología a través de los elementos de percepción para la decisión.

Estudio de un sistema de almacenamiento de energía eólica por medio de baterias

El objetivo de este trabajo consiste en evaluar los beneficios de la utilización de sistemas de almacenamiento de energía para incrementar el valor de un parque eólico. Debido a la naturaleza aleatoria inherente a la producción eléctrica de origen eólico, su integración en red plantea importantes problemas que suponen un reto tecnológico cada vez mayor a medida que la penetración de la energía eólica en el mix de generación aumenta. A su vez, las aplicaciones de los sistemas de almacenamiento de energía representan la oportunidad de mitigar los efectos indeseables de la producción eléctrica eólica. Los conocimientos adquiridos a lo largo de este proyecto se aplicarán para determinar qué sistema de almacenamiento de energía es óptimo para implantar en el parque eólico objeto del estudio, así como para cuantificar los beneficios derivados de la hibridación. ABSTRACT The aim of this work consist of assess the benefits of the use of energy storage systems for wind farm value enhacement. Due to the random nature inherent to wind electric generation, its grid integration carry important issues that represent a technology challenge that increases as wind generation penetration within energy mix increases as well. At the same time, energy storage systems applications represent an opportunity to mitigate the undesirable effects of wind generation. The knowledge gained throughout this project will be applied to determine which energy storage system is ideally suited for implementation within the wind farm under study, as well as quantify the benefits of hybridization.

Statistical models for short-term wind power ramp forecasting

La predicción de energía eólica ha desempeñado en la última década un papel fundamental en el aprovechamiento de este recurso renovable, ya que permite reducir el impacto que tiene la naturaleza fluctuante del viento en la actividad de diversos agentes implicados en su integración, tales como el operador del sistema o los agentes del mercado eléctrico. Los altos niveles de penetración eólica alcanzados recientemente por algunos países han puesto de manifiesto la necesidad de mejorar las predicciones durante eventos en los que se experimenta una variación importante de la potencia generada por un parque o un conjunto de ellos en un tiempo relativamente corto (del orden de unas pocas horas). Estos eventos, conocidos como rampas, no tienen una única causa, ya que pueden estar motivados por procesos meteorológicos que se dan en muy diferentes escalas espacio-temporales, desde el paso de grandes frentes en la macroescala a procesos convectivos locales como tormentas. Además, el propio proceso de conversión del viento en energía eléctrica juega un papel relevante en la ocurrencia de rampas debido, entre otros factores, a la relación no lineal que impone la curva de potencia del aerogenerador, la desalineación de la máquina con respecto al viento y la interacción aerodinámica entre aerogeneradores. En este trabajo se aborda la aplicación de modelos estadísticos a la predicción de rampas a muy corto plazo. Además, se investiga la relación de este tipo de eventos con procesos atmosféricos en la macroescala. Los modelos se emplean para generar predicciones de punto a partir del modelado estocástico de una serie temporal de potencia generada por un parque eólico. Los horizontes de predicción considerados van de una a seis horas. Como primer paso, se ha elaborado una metodología para caracterizar rampas en series temporales. La denominada función-rampa está basada en la transformada wavelet y proporciona un índice en cada paso temporal. Este índice caracteriza la intensidad de rampa en base a los gradientes de potencia experimentados en un rango determinado de escalas temporales. Se han implementado tres tipos de modelos predictivos de cara a evaluar el papel que juega la complejidad de un modelo en su desempeño: modelos lineales autorregresivos (AR), modelos de coeficientes variables (VCMs) y modelos basado en redes neuronales (ANNs). Los modelos se han entrenado en base a la minimización del error cuadrático medio y la configuración de cada uno de ellos se ha determinado mediante validación cruzada. De cara a analizar la contribución del estado macroescalar de la atmósfera en la predicción de rampas, se ha propuesto una metodología que permite extraer, a partir de las salidas de modelos meteorológicos, información relevante para explicar la ocurrencia de estos eventos. La metodología se basa en el análisis de componentes principales (PCA) para la síntesis de la datos de la atmósfera y en el uso de la información mutua (MI) para estimar la dependencia no lineal entre dos señales. Esta metodología se ha aplicado a datos de reanálisis generados con un modelo de circulación general (GCM) de cara a generar variables exógenas que posteriormente se han introducido en los modelos predictivos. Los casos de estudio considerados corresponden a dos parques eólicos ubicados en España. Los resultados muestran que el modelado de la serie de potencias permitió una mejora notable con respecto al modelo predictivo de referencia (la persistencia) y que al añadir información de la macroescala se obtuvieron mejoras adicionales del mismo orden. Estas mejoras resultaron mayores para el caso de rampas de bajada. Los resultados también indican distintos grados de conexión entre la macroescala y la ocurrencia de rampas en los dos parques considerados. Abstract One of the main drawbacks of wind energy is that it exhibits intermittent generation greatly depending on environmental conditions. Wind power forecasting has proven to be an effective tool for facilitating wind power integration from both the technical and the economical perspective. Indeed, system operators and energy traders benefit from the use of forecasting techniques, because the reduction of the inherent uncertainty of wind power allows them the adoption of optimal decisions. Wind power integration imposes new challenges as higher wind penetration levels are attained. Wind power ramp forecasting is an example of such a recent topic of interest. The term ramp makes reference to a large and rapid variation (1-4 hours) observed in the wind power output of a wind farm or portfolio. Ramp events can be motivated by a broad number of meteorological processes that occur at different time/spatial scales, from the passage of large-scale frontal systems to local processes such as thunderstorms and thermally-driven flows. Ramp events may also be conditioned by features related to the wind-to-power conversion process, such as yaw misalignment, the wind turbine shut-down and the aerodynamic interaction between wind turbines of a wind farm (wake effect). This work is devoted to wind power ramp forecasting, with special focus on the connection between the global scale and ramp events observed at the wind farm level. The framework of this study is the point-forecasting approach. Time series based models were implemented for very short-term prediction, this being characterised by prediction horizons up to six hours ahead. As a first step, a methodology to characterise ramps within a wind power time series was proposed. The so-called ramp function is based on the wavelet transform and it provides a continuous index related to the ramp intensity at each time step. The underlying idea is that ramps are characterised by high power output gradients evaluated under different time scales. A number of state-of-the-art time series based models were considered, namely linear autoregressive (AR) models, varying-coefficient models (VCMs) and artificial neural networks (ANNs). This allowed us to gain insights into how the complexity of the model contributes to the accuracy of the wind power time series modelling. The models were trained in base of a mean squared error criterion and the final set-up of each model was determined through cross-validation techniques. In order to investigate the contribution of the global scale into wind power ramp forecasting, a methodological proposal to identify features in atmospheric raw data that are relevant for explaining wind power ramp events was presented. The proposed methodology is based on two techniques: principal component analysis (PCA) for atmospheric data compression and mutual information (MI) for assessing non-linear dependence between variables. The methodology was applied to reanalysis data generated with a general circulation model (GCM). This allowed for the elaboration of explanatory variables meaningful for ramp forecasting that were utilized as exogenous variables by the forecasting models. The study covered two wind farms located in Spain. All the models outperformed the reference model (the persistence) during both ramp and non-ramp situations. Adding atmospheric information had a noticeable impact on the forecasting performance, specially during ramp-down events. Results also suggested different levels of connection between the ramp occurrence at the wind farm level and the global scale.

Huella de carbono de organización y producto con enfoque híbrido: mejoras en el método compusto de las cuentas contables

La lucha contra el cambio climático es uno de los retos ambientales más importantes de este siglo XXI. Para alcanzar el objetivo de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero es necesario desarrollar herramientas aplicables a todas las actividades de la economía con las que medir el impacto generado por la actividad del hombre. La Huella de Carbono (HC) forma parte de un conjunto de indicadores desarrollados para responder a esta necesidad. Nuestra línea de trabajo parte del hecho de que la demanda de una baja HC puede ser un factor clave para estimular cambios en los hábitos de consumos y para mejorar la eficiencia en los procesos de producción. Sin embargo, una de las principales dificultades halladas al respecto es la diferencia de enfoques para el cálculo de la HC de producto y la HC de organización. De igual manera existen importantes dificultades en el establecimiento de los límites del sistema en estudio. Para asegurar el éxito de la implantación de la HC en la sociedad, es necesario el establecimiento de los mismos criterios en los distintos estudios. Por este camino, la comparabilidad esta comprometida y con ello la confianza del consumidor. Los avances en el cálculo de HC se basan en dos propuestas ampliamente conocidas: El Análisis de Ciclo de Vida y la Extensión Ambiental del Análisis Input-Output. Ambas metodologías tienen relevantes aspectos positivos y negativos. Por lo tanto, la hibridación entre ambos enfoques supone una clara oportunidad en la búsqueda de sinergias. En respuesta a esta demanda, diferentes herramientas de enfoque híbrido están siendo desarrolladas. La investigación de esta tesis doctoral parte del avance desarrollado en la concepción del Método Compuesto de las Cuentas Contables (MC3). El MC3 es un método de análisis híbrido por niveles que desarrolla un cálculo exhaustivo de la HC de organización para el posterior cálculo de la HC de producto. Esta investigación tiene como objetivo general evaluar el MC3 como herramienta de cálculo de la HC, válida tanto para organización como para producto. En este sentido, se analizan pormenorizadamente cuatro casos de estudios con características innovadoras. Tres de ellos empleando el MC3 en diferentes unidades de estudio: organización, producto y escenario internacional. La aplicación a organización se realiza sobre un centro universitario, permitiendo el análisis detallado de diferentes aspectos metodológicos. La aplicación a producto compara los resultados del MC3 con la aplicación tradicional de un Análisis de Ciclo de Vida. El escenario internacional se desarrolla en Brasil sobre la producción energética en un parque eólico de grandes dimensiones. Por último, el caso de estudio 4 se basa en la Extensión Ambiental del Análisis Multi-Region Input-Output. Este estudio elabora una nueva aproximación para el análisis del impacto generado por un hipotético cierre del comercio internacional. Estos estudios son discutidos en su conjunto a fin de poner en valor las fortalezas de las innovaciones implementadas con un sentido integrador. También se proponen estrategias futuras que permitan mejorar la propuesta metodológica del MC3 con el punto de mira puesto en la internacionalización y la armonización con los estándares internacionales de la HC. Según la experiencia desarrollada, el MC3 es un método de cálculo de la HC práctico y válido para evaluar la cantidad de emisiones directas e indirectas de gases de efecto invernadero de cualquier tipo de actividad. Una de las principales conclusiones es que el MC3 puede ser considerado una herramienta válida para el ecoetiquetado global de bienes y servicios que permita, tanto a empresas como a consumidores, funcionar como motores de cambios hacia una economía dinamizada por la búsqueda de la racionalización en el uso de los recursos.