Defesa de Mestrado – Marcos Thurow Schoenknecht – 6/8/2021

14/07/2021 06:46
Defesa de Dissertação de Mestrado
Aluno Marcos Thurow Schoenknecht
Orientador

Coorientador

Prof. Marcelo de Lellis Costa de Oliveira, Dr. – DAS/UFSC

Prof. Alexandre Trofino Neto, Dr. – DAS/UFSC

Data 6/8/2021 (sexta-feira) – 8h30

Videoconferência (https://meet.google.com/soj-tcew-otu)

Banca Prof. Marcelo de Lellis Costa de Oliveira, Dr. – DAS/UFSC (presidente);

Sr. Ramiro Saraiva da Silva, Dr. – ISI-SE/SENAI;

Prof. Rodolfo César Costa Flesch, Dr. – DAS/UFSC;

Prof. Gustavo Artur de Andrade, Dr. – DAS/UFSC.

Título Controle de Tração em Aerogeradores com Asas Cabeadas
Resumo: Este trabalho tem por objeto de estudo o controle de tração em aerogeradores com asas cabeadas, que fazem parte de uma tecnologia de geração eólica chamada Airborne Wind Energy. Essa tecnologia busca extrair energia dos ventos em alta altitude através de equipamentos suspensos no ar, como asas ou balões, e conectados ao solo por cabos. Na configuração estudada, chamada pumping-kite, o cabo que conecta a unidade de voo com a unidade de solo transmite parte da força do vento para um gerador conectado em um carretel. O controle de tração é realizado pela unidade de solo para manter a tração no cabo dentro da faixa de operação definida. Neste trabalho, apresenta-se os fundamentos da tecnologia e as particularidades da configuração pumping-kite, trazendo modelos presentes na literatura e detalhando os principais componentes. Faz-se considerações sobre as fases de operação do sistema e as trajetórias de voo que são utilizadas com frequência. Define-se uma estrutura em cascata para o controlador de tração, propondo duas diferentes estratégias para a geração de referência na malha externa. Essa referência varia constantemente devido as características cíclicas da trajetória de voo. Desenvolve-se um modelo simples para o cabo, tratando-o como um elemento de mola, que é utilizado para o projeto de um controlador por realimentação de estados na malha interna. Implementa-se um controlador de voo a partir da literatura, que é necessário para a operação do sistema completo. É feito simplificações no algoritmo de voo, para facilitar sua implementação, sem prejudicar sua acurácia. Prepara-se um ambiente de simulação, composto pelo controlador de tração, desenvolvido em GNU Octave, pelo controlador de voo, desenvolvido em C, e pelo simulador Freekitesim, um software livre que simula um sistema na configuração pumping-kite. Realiza-se simulações com velocidade constante imposta, para verificar a aplicabilidade da velocidade ótima teórica, definida pelo modelo apresentado, no sistema simulado. Os resultados indicam que a velocidade que maximiza a potência gerada é menor que a ótima teórica, e corroboram observações realizadas por outros autores que já sugerem isso. Considerando esses resultados, é aplicado um fator de correção nas estratégias de geração de referência de tração para que a velocidade resultante seja proporcionalmente reduzida. Realiza-se então simulações para o sistema com o controle de tração desenvolvido em condições normais de operação e com perturbações na velocidade do vento. Os resultados indicam que ambas estratégias propostas são capazes de manter a tração dentro dos limites definidos enquanto rejeitam as perturbações na velocidade do vento. É realizado comparações entre as estratégias propostas, indicando suas principais vantagens e desvantagens, a partir dos resultados de simulação.