Controle de turbinas eólicas baseado na estimação da velocidade efetiva do vento.

Abstract

A demanda global por geração de energia renovável tem impulsionado o desenvolvimento de turbinas eólicas com maiores capacidades em megawatts (MW). Enquanto as turbinas eólicas onshore estão aumentando de tamanho, elas enfrentam desafios técnicos e sociais, como poluição sonora e visual, mortalidade de aves e erosão do solo. As turbinas eólicas offshore surgiram como uma solução promissora para mitigar esses impactos terrestres e atender às crescentes necessidades energéticas. As turbinas offshore modernas agora atingem diâmetros de rotor de até 292 metros e capacidades de 20 MW. No entanto, rotores maiores, embora cruciais para atender às demandas energéticas, também apresentam desafios significativos. As condições de vento em regiões costeiras e ambientes offshore em águas profundas agravam esses desafios, exigindo tecnologias avançadas e métodos para otimizar a produção de energia e garantir a segurança operacional. Este estudo foca em estratégias de controle para turbinas eólicas operando em condições de Carga Parcial e Carga Total. Para Carga Parcial, algoritmos MPPT como o TSR, combinados com a estimativa da velocidade do vento, otimizam a produção de energia. Para Carga Total, estratégias de compensação adicionadas ao controlador de passo das pás evitam amortecimento negativo e redução de impulso, mitigando cargas e garantindo estabilidade. O controle do torque do gerador e do passo das pás equilibra a geração de energia com a redução de cargas. Métodos de estimativa usando observadores de estado, como o Filtro de Kalman e o Filtro de Kalman Estendido, são analisados para aprimorar o controle e a operação. Os resultados demonstram maior eficiência e redução de cargas, com controladores baseados no TSR mostrando maior flexibilidade em comparação aos controladores baseados no OTC para alcançar diferentes objetivos.