Análise, modelagem, simulação e controle da velocidade de geradores de indução duplamente alimentados no ATP-EMTP para aplicações em sistemas de geração de energia eólica

Abstract

A participação da energia eólica na matriz energética mundial tem crescido de forma significativa nos últimos anos, impulsionada pela necessidade de ampliação do uso de fontes renováveis e pela redução da dependência de combustíveis fósseis. Apesar do elevado custo inicial de implantação, os avanços tecnológicos têm tornado os sistemas eólicos mais eficientes e economicamente viáveis, especialmente quando aplicados em larga escala. Nesse contexto, as turbinas eólicas de velocidade variável destacam-se por possibilitarem a operação próxima ao ponto de máxima extração de energia, superando as limitações das configurações tradicionais de velocidade fixa baseadas em geradores de indução do tipo gaiola de esquilo. Entre as tecnologias atualmente empregadas, o Gerador de Indução Duplamente Alimentado (Doubly Fed Induction Generator - DFIG) destaca-se por combinar elevada eficiência, flexibilidade operacional e menor custo associado aos conversores de potência. Essa topologia permite o controle da velocidade do rotor e das potências ativa e reativa por meio de conversores back-to-back conectados entre o rotor e a rede, viabilizando a operação eficiente em uma ampla faixa de velocidades de vento, além de contribuir para a proteção do sistema e para o aumento da vida útil dos equipamentos. Embora diversos estudos abordem a modelagem e o controle do DFIG, a maioria dessas investigações é desenvolvida em ambientes de simulação proprietários, como o MATLAB/Simulink. Em contrapartida, poucos trabalhos da literatura exploram o uso do Alternative Transients Program - Electromagnetic Transients Program (ATP-EMTP) para a modelagem e o controle do DFIG, apesar de se tratar de uma ferramenta gratuita, robusta e amplamente utilizada em âmbito mundial, o que evidencia a relevância da abordagem proposta neste trabalho. Diante desse cenário, este trabalho tem como objetivo analisar, modelar, simular o controle da velocidade de um sistema de geração eólica baseado em DFIG, empregando a estratégia de controle vetorial. A implementação e a avaliação do desempenho do sistema são realizadas por meio do software ATP-EMTP. Os resultados obtidos permitem avaliar a resposta dinâmica do sistema sob diferentes condições de operação, bem como verificar a coerência entre o modelo teórico desenvolvido e as simulações realizadas. Dessa forma, o presente trabalho comprova a viabilidade e a eficiência da utilização do DFIG em sistemas de geração de energia eólica e contribui para a ampliação do uso do ATP-EMTP em simulações dinâmicas envolvendo máquinas elétricas, reforçando sua robustez e confiabilidade como ferramenta para o desenvolvimento tecnológico desse setor.