Coordinated power-based control and utility interface converter in low voltage microgrids

Autor(es)

Danilo Iglesias Brandao

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação
• Data de defesa: 2015-09-25

Membros da banca

José Antenor Pomilio; Fernando Pinhabel Marafão; Wilson Komatsu; Ricardo Quadros Machado; Daniel Dotta; Fernanda Caseño Trindade Arioli

• Orientador: José Antenor Pomilio; Fernando Pinhabel Marafão

Resumo

Esta tese apresenta uma possível arquitetura e sua respectiva estratégia de controle para microrredes de baixa tensão, considerando-se a existência de geradores distribuídos pela rede. A técnica explora totalmente a capacidade dos geradores distribuídos em ambos os modos de operação: conectado à rede e ilhado. Quando conectado à rede, sob o modo de otimização global, o controle busca a operação quase ótima da microrrede, reduzindo as perdas de distribuição e os desvios de tensão. Quando em modo ilhado, a técnica regula de forma eficaz os geradores distribuídos disponíveis, garantindo a operação autônoma, segura e suave da microrrede. A estratégia de controle é aplicada a uma estrutura de microrrede completamente despachável, baseada em uma arquitetura de controle mestre-escravo, em que as unidades distribuídas são coordenadas por meio do recém-desenvolvido algoritmo Power-Based Control. As principais vantagens da arquitetura proposta são a expansividade e a capacidade de operar sem sincronização ou sem conhecimento das impedâncias de linha. Além disso, a microrrede regula as interações com a rede por meio do conversor chamado de Utility Interface, o qual é um inversor trifásico com armazenador de energia. Esta estrutura de microrrede permite algumas vantagens como: compensação de desbalanço e reativo, rápida resposta aos transitórios de carga e de rede, e suave transição entre os modos de operação. Em contrapartida, para compartilhar a potência ativa e reativa proporcionalmente entre as unidades distribuídas, controlar a circulação de reativos, e maximizar a operação, a comunicação da microrrede requer em um canal de comunicação confiável, ainda que sem grandes exigências em termos de resolução ou velocidade de transmissão. Neste sentido, foi demonstrado que uma falha na comunicação não colapsa o sistema, apenas prejudica o modo de otimização global. Entretanto, o sistema continua a operar corretamente sob o modo de otimização local, que é baseado em um algoritmo de programação linear que visa otimizar a compensação de reativos, harmônicos e desbalanço de cargas por meio dos gerador distribuído, particularmente, quando sua capacidade de potência é limitada. Esta formulação consiste em atingir melhores índices de qualidade de energia, definidos pelo lado da rede e dentro de uma região factível em termos de capacidade do conversor. Baseado nas medições de tensão e corrente de carga e uma determinada função objetiva, o algoritmo rastreia as correntes da rede ótima, as quais são utilizadas para calcular os coeficientes escalares e finalmente estes são aplicados para encontrar as referências da corrente de compensação. Finalmente, ainda é proposta uma técnica eficiente para controlar os conversores monofásicos conectados arbitrariamente ao sistema de distribuição trifásico, sejam conectados entre fase e neutro ou entre fase e fase, com o objetivo de compensar o desbalanço de carga e controlar o fluxo de potência entre as diferentes fases da microrrede. Isto melhora a qualidade da energia elétrica no ponto de acoplamento comum, melhora o perfil de tensão nas linhas, e reduz as perdas de distribuição. A arquitetura da microrrede e a estratégia de controle foi analisada e validada através de simulações computacionais e resultados experimentais, sob condições de tensão senoidal/simétrica e não-senoidal/assimétrica, avaliando-se o comportamento em regime permanente e dinâmico do sistema. O algoritmo de programação linear que visa otimizar a compensação foi analisado por meio de resultados de simulação (AU)

• Processo FAPESP: 12/24309-8 - Estudo e desenvolvimento de sistemas fotovoltaicos distribuídos visando a operação cooperativa em microrredes de energia
• Beneficiário: Danilo Iglesias Brandão
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado