Controlador Robusto Multivariável com Ação Integral Aplicado em um Sistema de Geração Eólica

Authors

  • Vandilberto P. Pinto Departamento de Engenharia Elétrica, Universidade Federal do Ceará CEP 60.455-760, Fortaleza – CE, Brasil
  • José C. T. Campos Departamento de Engenharia Elétrica, Universidade Federal do Ceará CEP 60.455-760, Fortaleza – CE, Brasil
  • Nady Rocha Departamento de Engenharia Elétrica, Universidade Federal da Paraíba CEP 58051-900, João Pessoa– PB, Brasil
  • Cursino B. Jacobina Laboratório de Eletrônica Industrial e Acionamento de Máquinas-LEIAM Departamento de Engenharia Elétrica, Universidade Federal de Campina Grande CEP 58429-900, Campina Grande – PB, Brasil

DOI:

https://doi.org/10.18618/REP.2011.2.147157

Keywords:

Controle Robusto, DFIG, Filtro de Kalman, Geração Eólica, LQG/LTR

Abstract

Este artigo apresenta os resultados experimentais de uma nova aplicação do controlador robusto LQG/LTR (Linear Quadratic Gaussian with Loop Transfer Recovery) com ação integral (LQG/LTRI) em um gerador de indução duplamente alimentado (Doubly- Fed Induction Generator - DFIG). A metodologia de controle proposta assegura a robustez em relação à rejeição do erro de rastreamento, insensibilidade a variações paramétricas, além de permitir que erros de medida e modelagem sejam incorporados no projeto. Resultados experimentais, obtidos em um protótipo de laboratório com uma máquina de 2kW são apresentados para validar e demonstrar o bom desempenho do controlador proposto em um sistema de geração eólica com máquinas DFIG.

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Author Biographies

Vandilberto P. Pinto, Departamento de Engenharia Elétrica, Universidade Federal do Ceará CEP 60.455-760, Fortaleza – CE, Brasil

nascido em Fortaleza, Ceará em 1977 possui graduação em Matemática pela Universidade Federal do Ceará (2001) e formação técnica Pelo Centro Federal de Educação Tecnológica do Ceará no curso de Telecomunicações (1998) e Mestrado em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal do Ceará (2005-2007). Desde dezembro de 2008 é professor na área controle e automação no curso de Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Ceará - Campus de Sobral e atualmente aluno de doutorado em Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Ceará. Suas áreas de pesquisa de interesse são Controle robusto e energia eólica.

José C. T. Campos, Departamento de Engenharia Elétrica, Universidade Federal do Ceará CEP 60.455-760, Fortaleza – CE, Brasil

possui graduação em Engenharia Elétrica (1979), mestrado (1991) e doutorado em Engenharia Elétrica pela Escola de Engenharia de São Calos da Universidade de São Paulo (2004). Atualmente é professor associado da Universidade Federal do Ceará. Suas áreas de pesquisa de interesse são sistemas de Controle, Controle de Processos e energia eólica. É membro da CSS (Control System Society - IEEE) e da SBA.

Nady Rocha, Departamento de Engenharia Elétrica, Universidade Federal da Paraíba CEP 58051-900, João Pessoa– PB, Brasil

nascido em São Gabriel, Bahia em 1982. Ele possui graduação em engenharia elétrica (2006), mestrado em engenharia elétrica (2008) e doutorado em engenharia elétrica (2010) pela Universidade Federal de Campina Grande. Desde janeiro de 2011 é professor do Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade Federal da Paraíba, e atualmente vem realizando Pós-Doutorado na Universidade Federal de Campina Grande. Suas áreas de interesse de pesquisa são: eletrônica de potência, acionamentos de máquinas e energia eólica.

Cursino B. Jacobina, Laboratório de Eletrônica Industrial e Acionamento de Máquinas-LEIAM Departamento de Engenharia Elétrica, Universidade Federal de Campina Grande CEP 58429-900, Campina Grande – PB, Brasil

nascido em 1955 em Correntes, Pernambuco é engenheiro eletricista (1978) pela Universidade Federal da Paraíba, mestre (1980) e doutor (1983) pelo Institut National Polytechnique de Toulouse, Toulouse, France. De 1978 até março de 2002 foi professor do Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade Federal da Paraíba. Desde abril de 2002 é professor do Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Campina Grande. Suas áreas de interesse são: Eletrônica de Potência, Acionamento de Máquinas Elétricas, Sistemas de Controle e Identificação de Sistemas.

References

R. Datta ,V.T. Ranganathan, "Direct power control of grid-connected wound rotor induction machine without rotor position sensors", IEEETransaction on Power Electronics, vol. 16, no. 3, pp. 390-399, May 2001. https://doi.org/10.1109/63.923772 DOI: https://doi.org/10.1109/63.923772

A.Tapia, G Tapia, X. Ostolaza, and J.R Sáez,"Modeling and control of a wind turbine driven doubly fed induction generator", IEEE Transaction on Energy Conversion, vol. 18, no. 2, pp. 194-204, June 2003. https://doi.org/10.1109/TEC.2003.811727 DOI: https://doi.org/10.1109/TEC.2003.811727

H.H.A, Segnini and E. Bim, "Analise do fluxo de potência do gerador de indução duplamente alimentado", XVI Congresso Brasileiro de Automática, pp. 417-422, 2006.

L.Fan, Z. Miao, S. Yuvarajan, and R. Kavasseri,"Hybrid modeling of DFIGs for wind energy conversion systems," Simulation Modelling Practice and Theory, vol. 18, no. 7, pp. 1032-1045, August 2010. https://doi.org/10.1016/j.simpat.2010.04.002 DOI: https://doi.org/10.1016/j.simpat.2010.04.002

J. P. da Costa, J. Marques, H. A, Gründling, H. Pinheiro, "Comportamento Dinâmico Do Gerador De Indução Com Dupla Alimentação Orientado No Fluxo Estatórico", Eletrônica de Potência, vol. 11, no. 1, pp. 33-42, Março 2006. https://doi.org/10.18618/REP.2006.1.033042 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2006.1.033042

J.P. Vieira, M.V.Nunes, U. Bezerra et al, "Controladores fuzzy aplicados ao conversor de geradores de indução duplamente excitados em sistemas eólicos integrados a sistemas de potência", Sba Controle & Automação , vol. 18, no. 1, pp. 115-126, Março 2007. https://doi.org/10.1590/S0103-17592007000100009 DOI: https://doi.org/10.1590/S0103-17592007000100009

Z. Xin-fang, X. Da-ping, and L. Yi-bing, "Predictive functional control of a doubly fed induction generator for variable speed wind turbines", IEEE World Congress on Intelligent Control and Automation, vol. 4, pp. 3315-3319, June 2004. https://doi.org/10.1109/WCICA.2004.1343149 DOI: https://doi.org/10.1109/WCICA.2004.1343149

R. Yong-feng, L. Han-shan , Z. Jie, A. Zhong-quan, L. Jin-guo and H. Hong-bin, "Dynamic Characteristics Analysis of DFIG. Based on IMC", Power and Energy Engineering Conference, APPEEC, pp. 1-5, March 2009. https://doi.org/10.1109/APPEEC.2009.4918297 DOI: https://doi.org/10.1109/APPEEC.2009.4918297

M.V. Nunes, J.P. Vieira, U. Bezerra,"Designing Optimal Controllers for Doubly Fed Induction Generators Using a Genetic Algorithm", IET Generation, Transmission & Distribution (Print), vol . 3, no. 5, pp. 472-484, 2009. https://doi.org/10.1049/iet-gtd.2008.0239 DOI: https://doi.org/10.1049/iet-gtd.2008.0239

Y. Wang, D. Zhao, B. Zhao and H. Xu, "A New Type ofControl Strategy of DFIG in Wind Power System Basedon SMC", Electrical Machines and Systems, ICEMS, pp 2428 - 2431, 2008.

V. P. Pinto, J. C. T .Campos, "Modeling and Simulation of a Wind Plant Controlled by Quadratic Regulator Connected to Electric Distribution System", In: 9º Congresso Brasileiro de Eletrônica de Potência - COBEP, Blumenau - SC, pp. 540-545, 2007.

L. S. Barros, W. S. Mota, "Optimal Control Design for Dynamic Behavior improvement of Doubly Fed Induction Machine Operating as Wind Generator", VII International Conference on Industry Applications- INDUSCON , Recife, 2006.

A. J. Sguarezi Fi, M. E. Oliveira Filho, and E. Ruppert, "A Power Control Scheme For Doubly-fed Induction Generator", Eletrônica de Potência, vol. 14, no. 4, pp. 287- 295, Dez 2009. https://doi.org/10.18618/REP.2009.4.287295 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2009.4.287295

V.P. Pinto, J. C.T. Campos, L.L.N. Reis "Controladores Robustos LQG/LTR-Aplicação em um Gerado Eólico-DFIG", XIV Congresso de la Asociacion Chilena de Control Automático, pp. 443-447, Agosto 2010.

V.P. Pinto, J.C.T. Campo, L.L.N. Reis "Robust Controller Applied To Doubly-Fed Induction Machine Operating As Wind Generator",9th Portuguese Conference on Automatic Control- CONTROLO'2010, Coimbra, pp. 513-518, September 2010.

I. Boldea, Variable Speed Generators. 1a Ed. Boca Raton: Crc Press, 2006. https://doi.org/10.1201/9781420037265 DOI: https://doi.org/10.1201/9781420037265

C. B. Jacobina, E. C. dos Santos and M. B. de R, "Correia Sistema distribuído de geração de energia elétrica com gerador de indução interligado com a rede monofásica", Eletrônica de Potência, vol. 11, no. 1, pp. 43- 51, Março 2006. https://doi.org/10.18618/REP.2006.1.043051 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2006.1.043051

V. Blasko, "Analysis of a hybrid PWM based on modified space-vector and triangle-comparison methods," IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 33, no. 3, pp. 756-764, May/June 1996. https://doi.org/10.1109/28.585866 DOI: https://doi.org/10.1109/28.585866

S. Skogestad and I. Postlethwaite, Multivariable Feedback Control: Analysis and Design, England: John Willey and Sons, second edition, 2005.

J. Maciejowski, Multivariable Feedback Design, Wokingham, U.K. Addison Wesley, 1989.

G. Stein and M. Athans, "The LQG/LTR procedure for multivariable feedback control design,"IEEE Transactions on Automatic Control, Vol. AC-32, no. 2, pp. 105-114, Feb 1987. https://doi.org/10.1109/TAC.1987.1104550 DOI: https://doi.org/10.1109/TAC.1987.1104550

J.J. Cruz, Controle Robusto Multivariável, Ed. USP, São Paulo, 1996.

J. C. Doyle and G. Stein,"Multivariable feedback design: concepts for a classical / modern synthesis," IEEE Transaction on Automatic Control, Vol. AC-26, no. 1, pp. 4-16, Fev 1981. https://doi.org/10.1109/TAC.1981.1102555 DOI: https://doi.org/10.1109/TAC.1981.1102555

N. Rocha, "Sistemas Estáticos de Geração Elétrica com Gerador de Indução a Partir de Fonte Eólica", Dissertação de Mestrado em Engenharia Elétrica- Universidade Federal de Campina Grande, Março 2008.

N. Rocha, C. B. Jacobina, E.R.B. Filho,and E. Santos Jr "Sistema De Geração Com Máquina De Indução A Partir De Um Emulador De Turbina Eólica", In: Congresso Brasileiro De Automática, 2008.

F.L .Lewin and S. L.Vassilis, Optimal Control. USA: John Willey and Sons, 1995, second edition.

Published

2011-05-31

How to Cite

[1]
V. P. Pinto, J. C. T. Campos, N. Rocha, and C. B. Jacobina, “Controlador Robusto Multivariável com Ação Integral Aplicado em um Sistema de Geração Eólica”, Eletrônica de Potência, vol. 16, no. 2, pp. 147–157, May 2011.

Issue

Section

Original Papers