V ALIDAÇÃO DO MODELO CONSTRUÍDO

Para a validação do modelo construído, foram testados dois cenários de variação da velocidade do vento. Num primeiro cenário, procurou-se que a velocidade do vento variasse de forma constante desde a velocidade a que é feito o arranque da turbina (4 m/s), até aos 25 m/s, situação em que a turbina é desligada por razões de segurança. Num segundo cenário foi efectuada uma simulação com o modelo correspondendo a uma situação de variação brusca da velocidade do vento na zona das altas velocidades (zona 4 de controlo).

A Figura 4-12 mostra o perfil da velocidade do vento usado no primeiro cenário.

Figura 4-12 – Perfil da velocidade do vento.

Ref (º) Vento (m/s) Pa (kW) Curva do ângulo de passo Curva da potência erro Ref (kW) Sinal de controlo

Este perfil, onde a velocidade do vento toma valores em toda a gama de operação da turbina, vai permitir fazer uma análise comparativa do modelo criado com a curva da turbina fornecida pelo fabricante (Figura A-1).

Com o perfil de vento mostrado na figura anterior, obtiveram-se os resultados que as próximas figuras apresentam.

A Figura 4-13 mostra a acção de controlo para toda a gama de funcionamento da turbina em termos de velocidades de vento, resultante da aplicação no modelo da turbina do controlador adaptativo adoptado. Para valores abaixo dos 11 m/s de velocidade de vento, a acção do controlador é nula, uma vez que 5º é o valor mínimo do ângulo de passo das pás da turbina.

Figura 4-13 – Acção de controlo sobre o ângulo de passo da pá.

Com os resultados obtidos na figura anterior é possível fazer uma análise do desempenho do controlador. O desempenho é obtido comparando a curva de referência para o ângulo de passo das pás referida pelo fabricante da turbina, com a acção produzida pelo controlador adoptado (ver Figura 4-14).

Figura 4-14 – Ângulo de passo da pá de referência e obtido.

Como pode verificar-se pela análise da figura anterior, os resultados obtidos pelo controlador adaptativo implementado no modelo construído, são bastante bons, apresentando em toda a gama de vento uma grande coincidência com os valores referenciados pelo fabricante da turbina.

Na Figura 4-15 é feita uma comparação entre o valor máximo possível para o coeficiente de potência da turbina (ܥ_௣௠௔௫) e o valor de Cp obtido em função da velocidade do vento. Como

esperado, na zona das baixas velocidades do vento o valor de Cp obtido é praticamente

coincidente com o seu valor máximo, diminuindo progressivamente com o aumento da velocidade do vento.

A Figura 4-16 mostra a relação para o rotor da turbina, entre a velocidade angular obtida no modelo e a velocidade angular indicada pelo fabricante (tida como referência). Como a figura permite concluir, os resultados obtidos são bastante encorajadores. Particularmente na zona em que a velocidade máxima de rotação é atingida, a concordância entre os resultados obtidos pelo modelo e o valor de referência é bastante boa.

Analisando agora a potência eléctrica obtida pelo modelo e a fornecida pelo fabricante, como pode ver-se na Figura 4-17, verifica-se que o modelo proposto tem, em todas as regiões de funcionamento da turbina e em particular na região de actuação do controlador, um comportamento bastante similar ao da curva fornecida pelo fabricante.

Figura 4-16 – Velocidade angular de referência e velocidade angular obtida.

Como pode observar-se também na figura, o modelo na zona de potência constante, apresenta valores quase constantes para a potência eléctrica produzida (com variações nunca superiores a 6% em relação ao valor da potência nominal da turbina). Para além de os valores obtidos serem muito próximos dos valores esperados, segundo Burton (Burton et al 2004) esta reduzida variação no valor da potência nominal, traduz-se não só num melhor aproveitamento da energia disponível no vento, como também permite a redução da fadiga mecânica e do ruído acústico produzido pela turbina.

Figura 4-17 – Curva de potência fornecida pelo fabricante da turbina e curva de potência obtida pelo modelo.

O segundo cenário comporta uma situação de variações acentuadas na velocidade do vento, na região das velocidades do vento superiores à nominal (zona IV). Este cenário permitirá fazer uma análise da resposta do modelo, em particular do controlador adaptativo, testando a sua capacidade para manter o mais possível constante a potência eólica produzida, num valor próximo do nominal. O perfil do vento produzido para o teste pode ser observado através da Figura 4-18.

Uma análise da Figura 4-19 permite verificar que comparando o comportamento do modelo em termos da variação do ângulo de passo das pás com os valores de referência apresentados pelo construtor da turbina, os resultados são como a figura permite verificar bastante promissores.

Em termos de potência produzida o comportamento do modelo, é o que pode ser observado na Figura 4-20. A figura mostra que as flutuações que acontecem na sequência da mudança da velocidade do vento, em relação ao valor nominal da potência (660 kW) são bastante aceitáveis pois não ultrapassam mais de 5% do valor nominal (±30 kW).

Também neste segundo cenário, de ventos fortes com variações repentinas da sua velocidade, se pode ver pela análise das figuras apresentadas que o modelo proposto apresenta resultados bastante promissores se tivermos como comparação os resultados apresentados pelo fabricante deste modelo de turbina.

4.5 C

Neste capítulo foi apresentado um modelo computacional de uma turbina eólica, que permitiu testar a validade das estratégias propostas no capítulo anterior, em particular a utilização de um controlador adaptativo para controlo do ângulo de passo das pás de uma turbina eólica.

Tendo por base os dados reais do fabricante da turbina, verifica-se que os resultados apresentados pelo modelo construído são bastante próximos dos resultados apresentados pelo fabricante. Particular relevância para o comportamento do controlador adaptativo que, ao longo de todo o regime de funcionamento da turbina (particularmente na região acima da velocidade nominal) apresentou um comportamento em tudo similar com o comportamento referenciado pelo fabricante.

A utilização deste tipo de controlador em substituição dos controladores ditos tradicionais, permite, especialmente na zona das altas velocidades de vento, dado o seu comportamento, a obtenção de pequenas flutuações na velocidade de rotação e na potência produzida pela turbina eólica, resultando por isso numa diminuição das cargas mecânicas na sua estrutura. Na prática corresponde não só a um aumento da qualidade da energia produzida, mas também a um aumento da longevidade da turbina.

Capítulo 5

:

UTILIZAÇÃO DE TÉCNICAS DE IA PARA PREVISÃO DE

SÉRIES TEMPORAIS

5.1 I

A previsão desempenha um papel importante em processos que envolvam planeamento, tomada de decisão ou controlo, qualquer que seja o domínio de actividade. No entanto, o termo previsão não deve ser encarado como uma profecia, mas tão só a capacidade de projectar o que acontecerá no futuro, partindo do conhecimento que se tem sobre situações do passado e do presente. Na realidade, a previsão é uma forma de extrapolação, em que um modelo é construído com base num conjunto de dados conhecidos e posteriormente usado fora desse conjunto.

A obtenção de um modelo adequado de previsão é de extrema importância, pois pode revelar características de uma série temporal que ajudem na previsão dos seus valores futuros, ou simplesmente na caracterização do seu comportamento. Esta capacidade de prever valores futuros para uma série temporal tem grande relevância prática. A construção de um modelo adequado para ajustar os dados pode apresentar um grau de dificuldade elevado. Se o modelo escolhido não se adaptar convenientemente à série, a previsão pode resultar enganosa e ineficiente.

A incerteza associada à maioria dos fenómenos temporais, como é o caso dos recursos eólicos, não permite uma antecipação exacta do seu comportamento futuro, o que implica muitas vezes a necessidade de proceder a previsões. Qualquer que seja o modelo utilizado ou a desenvolver, pela natureza do fenómeno, existirá sempre um erro na previsão. No sentido de procurar minimizar este factor (objectivo de qualquer sistema de previsão), novas técnicas com resultados bastante promissores têm sido desenvolvidas.

Este capítulo começará por fazer uma apresentação sumária de algumas das principais técnicas ditas clássicas usadas em sistemas de previsão. No entanto, o foco centrar-se-á fundamentalmente no estudo de técnicas da área da IA (particularmente as RNA e os AG) que,

por apresentarem normalmente melhor desempenho que as técnicas tradicionais, são cada vez mais utilizadas em sistemas de previsão. O uso destas técnicas permitirá nos capítulos que se seguem, obter previsões mais cuidadas quer da intensidade do vento, quer também da previsão produção de energia eléctrica de parques eólicos.