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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2024.tde-10072024-140906
Documento
Autor
Nome completo
Giancarlo Carvalho Prezotto
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2024
Orientador
Banca examinadora
Monaro, Renato Machado (Presidente)
Arioli, Fernanda Caseño Trindade
Avila, Sérgio Luciano
Título em português
Sistema isolado de injeção de água alimentado por energia eólica: proposta de controle primário hierarquizado.
Palavras-chave em português
Efeito estufa (Mitigação)
Energia eólica (Uso; Aplicação)
Simulação
Resumo em português
Motivada pelo esforço global na redução de emissões de Gases de Efeito Estufa (GEEs), a indústria offshore de Óleo e Gás (O&G) busca substituir geradores a gás natural por fontes renováveis de energia, destacando-se a eólica offshore flutuante. Uma solução potencial é a alimentação de um sistema de injeção de água, destinado a aumentar a recuperação de petróleo, com uma turbina eólica associada a uma bateria. Esse conjunto forma um sistema isolado, onde todos os componentes são interconectados por inversores, caracterizando-o como sem inércia rotativa e com baixa potência de curto-circuito. Este trabalho propõe um controle primário de potência ativa sem comunicação entre os equipamentos. Como o sistema visa minimizar o número de paradas da bomba de injeção, é essencial preservar a carga da bateria, garantindo o fornecimento de energia durante períodos de baixo recurso eólico. Assim, foi estabelecida uma estratégia hierárquica para o controle primário de potência, utilizando bandas mortas para retardar a descarga da bateria em caso de desbalanço de potência. Este controle foi implementado em um modelo do sistema para simulação de transitórios eletromagnéticos. Quatro cenários de simulação foram avaliados no MATLAB/Simulink, considerando diferentes perturbações no balanço de potência da microrrede, como a variabilidade do vento e a atuação do controle secundário de potência. Os resultados validaram a eficácia do controle droop hierarquizado.
Título em inglês
Stand-alone water injection system powered by wind energy: proposal for hierarchical primary control.
Palavras-chave em inglês
Deadband
Droop
Hierarchical droop
Inertia
Modified droop
Oil & Gas (O&G)
Primary control
Water injection
Resumo em inglês
Motivated by the global effort to reduce greenhouse gas emissions, the offshore oil and gas industry seeks to replace natural gas generators with renewable energy sources, notably floating offshore wind. A potential solution in this context is powering a water injection system, intended to enhance oil recovery, with a wind turbine associated with a battery. This setup forms a stand-alone system where all components are interconnected by inverters, characterizing it as lacking rotational inertia and having low short-circuit power. This work proposes a primary active power control without communication between the equipment. As the system aims to minimize the number of stops of the injection pump, it is essential to preserve the battery charge, ensuring energy supply to the pump during periods of low wind resource. Thus, a hierarchical strategy for primary power control was established, using dead bands to delay battery discharge during a power imbalance. This control was implemented in a system model for electromagnetic transient simulation. Four simulation scenarios were evaluated in MATLAB/Simulink, considering different disturbances to the microgrids power balance, such as wind variability and the operation of the secondary power control. The results validated the effectiveness of the hierarchical droop control.
 
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Data de Publicação
2024-07-11
 
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