Aplicação da técnica MPPT para otimização de energia convertida em sistema de geração a partir do movimento de ondas oceânicas

Abstract

Este trabalho tem como objetivo apresentar a aplicação de um método para obtenção de uma maior eficiência energética em um sistema de geração de energia elétrica a partir do movimento de ondas oceânicas. Inicialmente, é exposto um estudo dos sistemas já existentes de conversão de energia das ondas marítimas e oceânicas através da apresentação de diferentes classificações e modelos desenvolvidos nas últimas décadas por pesquisadores desta área, não usualmente explorada, mas que vem ganhando espaço devido a sua potencialidade. Em seguida, é apresentado o método MPPT, foco do trabalho, mostrando e classificando as diferentes formas de rastrear-se e obter-se o ponto de máxima potência na conversão de energia elétrica, comumente utilizado na geração eólica. Assim, é aplicado este método em um conversor de energia elétrica projetado para um sistema de coluna de água oscilante, composto por um gerador síncrono trifásico de imãs permanentes e um retificador PWM trifásico e seus controladores que atuam para manter o fator de potência unitário e para ter baixos níveis de distorção harmônica. Considera-se neste trabalho uma geração de energia elétrica oriunda de uma boia em alto-mar, chamada de spar buoy, capaz de alimentar um banco de baterias que armazenará carga suficiente para alimentar sensores de monitoramento climático. A aplicação do método MPPT tem sua relevância neste tipo de sistema, uma vez que as condições de amplitude e frequência das ondas variam de modo intermitente. É utilizado o método MPPT com o princípio Perturba e Observa a fim de validar sua usabilidade para esta aplicação. Para tal, através de um simulador de circuitos elétricos, são realizadas simulações onde o método MPPT buscará a melhor referência para os controladores do sistema operando em diversas condições. Assim, são apresentadas as curvas de saída de potência, curvas de tensão e corrente no gerador, que comprovam a eficiência do MPPT para este tipo de sistema de conversão estudado.

This work aims to present an application of a method to obtain greater efficiency in an electrical energy generation system from the movement of ocean waves. Initially, a study of the already existing sea and ocean waves energy conversion systems of is presented through the presentation of classifications and models developed in the last decades by research in this area, not usually explored, but which has been gaining space due to its potential. Then, the MPPT method, the focus of the work, is presented, showing and classifying how different ways to track and obtain the maximum power point in the conversion of electrical energy, commonly used in wind generation. Thus, this method is designed in an electrical energy converter designed for an oscillating water column system, composed of a three-phase permanent magnet generator and a three-phase PWM rectifier and its controllers that act to maintain the unity power factor and to have low levels of harmonic distortion. In this work, it is considered a electrical energy generation from an offshore buoy, called a spar buoy, capable of supplying a bank of batteries that will store enough charge to supply climate monitoring sensors. An application of the MPPT method has its nature in this type of system, as the conditions of amplitude and frequency of waves vary intermittently. The MPPT method with the Disturbance and Observation principle is used to validate its usability for this application. For that, through an electrical circuit simulator, simulations are carried out where the MPPT method seeks the best references for the system drivers operating under different conditions. Thus, power output curves, voltage and current curves in the generator are presented, which prove the efficiency of the MPPT for this type of conversion system studied.