FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO. Análise de Requisitos

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1 FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO Análise de Requisitos 24 de Fevereiro de 2011

2 Índice 1 Introdução... 3 Apresentação do Documento Especificação de Requisitos Requisitos Funcionais da unidade de produção eólica Sistema de Conversão Conversor AC/DC Conversor DC/AC Sistema de Monitorização Requisitos Funcionais Requisitos Não Funcionais Interface entre Conversor DC/AC e o SEE Requisitos Funcionais Requisitos Não Funcionais Conclusões

3 1 Introdução Apresentação do Documento O intuito deste documento é especificar os requisitos e necessidades do sistema em projecto Unidade de produção eólica. Para que seja mais perceptível, os requisitos serão apresentados com a seguinte diferenciação: requisitos funcionais e requisitos não funcionais. Os requisitos funcionais serão organizados segundo as funções que o sistema terá de realizar, com base nas necessidades existentes. Para os requisitos não funcionais, estes serão divididos em técnicos e ambientais. O presente documento apresenta os requisitos do sistema e de cada parte constituinte do mesmo. 3

4 2 Especificação de Requisitos X.Y: Os requisitos que irão ser apresentados estão identificados com o seguinte código: X Y Referente ao tipo de requisito: 1 Requisito Funcional 2 Requisito Não Funcional Técnico 3 Requisito Não Funcional Ambiental Referente à ordem do requisito 2.1 Requisitos Funcionais da unidade de produção eólica O sistema deverá produzir energia para ser disponibilizada no SEE 1.2 O sistema deve produzir potência Apenas a potência activa produz activa. trabalho. 1.3 Disponibilizar ao SEE potencia com baixo conteúdo harmónico Melhorar a qualidade de serviço. 1.4 O sistema deve ser explorado a velocidade variável Controlar a potência produzida. 1.5 O sistema deve incluir dispositivos de aquisição de dados. O sistema deve ser controlável. 1.6 O sistema deve monitorizar dados O sistema deve ser dotado de interface gráfica para visualização de dados. O sistema deve armazenar informação relativa a acontecimentos passados (histórico de dados) O sistema deve dispor de várias contas de autenticação. O sistema deverá ser integrável em redes inteligentes. O sistema de deve permitir o controlo remoto por parte dos operadores de rede (actualização de produção). Monitorizar grandezas com o intuito de verificar se estão dentro dos limites físicos aceitáveis (ocorrência de falhas) Facilitar a visualização do estado do sistema ao operador de rede. O operador deve ter acesso a dados passados para melhorar a qualidade de serviço. Existem vários utilizadores do sistema, por exemplo o operador de rede, técnicos de manutenção e responsável por um parque eólico. Design de smart grid 4

5 2.2 Sistema de Conversão Conversor AC/DC 2.2. Requisitos Funcionais O conversor AC/DC deverá rectificar a tensão produzida pelo gerador. As grandezas sinusoidais do gerador e rede eléctrica são diferentes. Assim é indispensável desacoplar estas duas tensões para poder operar a máquina O conversor AC/DC deverá possuir protecção contra sobrecorrentes, sobreaquecimento e sobretensões. O conversor AC/DC deverá impor um trânsito de potência unidireccional (gerador - barramento DC). eléctrica a velocidade variável. Prevenir o estrago irreversível dos semicondutores. A máquina eléctrica apenas funcionará como gerador Requisitos Não Funcionais 2.1 O tempo de resposta do circuito de protecção deverá ser inferior a 5 períodos de comutação dos semicondutores Ambientais: Proteger o Hardware contra poeiras, 3.1 O Hardware deverá ser isolado. humidades, contacto indirecto e directos Conversor DC/AC Requisitos Funcionais O conversor deverá adaptar o seu ponto de funcionamento de modo a variar o nível de produção do gerador (despacho). Design de smart grid. 1.2 O nível de tensão do barramento DC Grandeza que influencia o nível de deverá ser variável. produção do sistema. 1.3 O conversor deverá operar nos O sistema deve apenas produzir quadrantes ímpares. potencia activa. 1.4 Conversão de tensão/corrente DC para Permite a interligação do sistema à tensão/corrente AC. rede. Os sinais de comando dos Garantir maior robustez ao circuito de 1.5 semicondutores devem ser isolados controlo. electricamente. 5

6 O conversor deverá conter refrigeração a ar. Deverá existir um sistema de multiplicação analógica dos sinais medidos. O conversor DC/AC deverá ser isolado galvanicamente da rede eléctrica Diminuir a temperatura dos semicondutores. O número de conversores AD disponibilizados pela FPGA é inferior ao número de medidas necessárias realizar Requisitos não Funcionais Técnicos: Conversão do sinal de comando O drive do conversor DC/AC apenas eléctrico em óptico. recebe sinais ópticos. Assim deve-se 2.1 converter o sinal eléctrico de 3.3V de Os níveis de tensão do hardware desenvolvido apenas deverão conter, se necessário, os níveis de tensão ±15V e ±5V A refrigeração do conversor deve ser ligada a uma tensão contínua de até 24 V DC. A frequência dos sinais de comando dos IGBT's deve ser no máximo de 60 khz. Os níveis de tensão adquiridos pelos ADC s da Spartan 3e devem estar compreendidos entre os 0.4V e os 2.9V (interface entre aquisição de sinal e controlo). Sendo que a referência de tensão é de 1.65V. Valores superiores serão tomados como positivos e inferiores como negativos. A plataforma FPGA deve ser capaz de enviar sinais de comando de pelo menos a 60 khz. O multiplexador deverá estabilizar o nível de tensão à sua saída em menos de 5μs, após ser dada ordem de selecção do canal pretendido. tensão para sinal óptico. Níveis de tensão standard. As ventoinhas permitem um máximo de 24V na sua alimentação. A frequência máxima de comutação dos drives é de 70kHz. Entendeu-se como razoável limitar este valor a cerca de 90%. Os níveis dos ADC's são apresentados pelo fabricante. Valores que não estejam compreendidos entre estes, leva ao mau funcionamento da aquisição de sinais. Quanto maior a frequência de comutação dos sinais da FPGA, menor é a taxa de distorção harmónica. A FPGA deverá garantir o funcionamento imposto em 2.6. O tempo de aquisição do sinal proveniente do multiplexador deve ser 10 vezes inferior ao período de 1 grau de uma sinusóide de 50 Hz =5 μs. O multiplexador deverá conter 8 canais Só existem no mercado analógicos. multiplexadores com número de canais 2.10 múltiplos de expoente de base 2. O número de medidas é certamente superior a 4 e inferior a O multiplexador deve conter uma taxa 1% de distorção harmónica é o limite 6

7 de distorção harmónica inferior a 1%. estabelecido pela equipa como aceitável. O multiplexador deverá funcionar O dispositivo que controla a selecção correctamente com tensões lógicas de dos canais do multiplexer será a FPGA. 3.3V na selecção dos canais do mesmo. Esta placa apenas fornece tensões Calibre do transdutor de tensão DC superior a 20% de 400V. O transformador de isolamento do conversor da rede deverá ser de 2.5kVA. O calibre do transdutor de corrente deve ser superior a 19A. O sistema de condicionamento de sinal deve ajustar as tensões de saída dos transdutores de modo a respeitar o requisito 2.7. Para realizar as medições da rede para efectuar o sincronismo deverão ser utilizados transformadores de sinal. digitais de 3.3V DC. A tensão dimensionada para o barramento DC é de 400V. Corrente dimensionada para fazer transitar 2.5kW com 90V de tensão da rede (transformador 1:3) Os valores provenientes do sistema de aquisição de sinal devem estar compreendidos neste intervalo, de modo que a conversão Analógico - Digital funcione de forma correcta. Ambientais: Proteger o Hardware contra poeiras, 3.1 O Hardware deverá ser isolado. humidades, contacto indirecto e directos 2.3 Sistema de Monitorização Requisitos Funcionais Possibilitar a definição do despacho através de uma ligação remota. Ser integrável num sistema smart grid. Informar os utilizadores do estado de funcionamento da turbina, 1.2 nomeadamente a nível de produção actual, potencial eólico estimado e alarmes. Deve informar os clientes e o centro de despacho de falhas no sistema tais 1.4 como velocidades do vento excessivas, falhas no barramento DC, sobrecargas nas linhas AC. 1.5 O sistema deve dispor de várias contas Contas diferentes para cliente, 7

8 de autenticação. O sistema deve permitir ao utilizador visualizar todos as variáveis que lhe pertençam ou aos quais tenha acesso. O sistema deve armazenar informação relativa a acontecimentos passados Deverá ser disponibilizada uma estimativa de retorno de investimento diária/mensal. técnicos de manutenção e operadores de rede Tornar o sistema mais user friendly Garantir histórico de dados Imposição do cliente Requisitos Não Funcionais Deve ser estável e estar em constante Para não haver falhas de 2.1 ligação com o servidor central. comunicação. A base de dados e a interface gráfica 2.2 devem ser protegidos contra acessos não autorizados. Todo o sistema não deverá ter um tempo de resposta superior a 10s, ou seja, o 2.3 tempo desde a definição do despacho, e da actuação no controlador do conversor. Os dados apresentados em gráfico deverão ser actualizados horáriamente, com um atraso não superior a 1min. O sistema de dados deverá garantir que todos os dados continuam disponíveis mesmo que se perca comunicação com o sistema de conversão de energia. De forma a garantir a integridade das acções efectuadas pelo despacho 2.4 Interface entre Conversor DC/AC e o SEE Requisitos Funcionais Filtrar corrente em cada fase do sistema trifásico Requisitos Não Funcionais Deverá existir uma bobine de pelo Valor obtido através de simulação 2.1 menos 10mH em cada fase do através do software Matlab/ Simulink. conversor. Esta bobine tem como função limitar o oscilação de corrente em de 1%. 8

9 3 Conclusões O presente documento resulta de um processo de análise de requisitos, permitindo determinar as funcionalidades que o sistema deverá possuir. Deste modo, este documento constitui um elemento de referência a ser aplicado no desenrolar do projecto pois encontram-se definidos e especificados requisitos, funcionalidades e restrições aplicáveis a projectos desta natureza. 9