Controle coordenado multipropósito de recursos energéticos distribuídos em microrredes CA transativas

Autor(es)

Augusto Matheus dos Santos Alonso

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Bauru. 2021-10-01.
• Instituição: Universidade Estadual Paulista (Unesp). Faculdade de Engenharia. Bauru
• Data de defesa: 2021-09-22
• Orientador: Fernando Pinhabel Marafão; Elisabetta Tedeschi; Danilo Iglesias Brandão

Resumo

A contínua expansão do uso de recursos energéticos distribuídos (REDs), normalmenteconstituídos de fontes de energia renovável e/ou sistemas de armazenamento com seus respectivos inversores de potência, tem incorporado a eletrônica em potência como panorama para redes elétricas CA. Embora a presença de REDs em tais redes traga maior flexibilidade de operação e a descentralização da geração de energia possibilite despacho de potência mais eficiente, é essencial que se imponha um controle adequado sob inversores para garantir uma operação harmoniosa com os múltiplos dispositivos elétricos existentes. Tal requerimento é de particular importância em microrredes CA com alta imersão de inversores, as quais requerem a implementação de estratégias de controle coordenado para adequadamente explorar REDs, visando obter controlabilidade perante despacho de potência, intervenções para melhoria da qualidade da energia, e também acessibilidade a mercados de energia. Dentro de tal contexto, esta tese de doutorado apresenta uma estratégia de controle coordenado capaz de prover múltiplos propósitos operacionais para microrredes CA com características transativas. Tal abordagem rege a operação de inversores sem necessitar conhecimento prévio das características da microrrede, independentemente da topologia elétrica, e ofertando operacionalidades plug-and-play. Esta estratégia, nomeada Generalized Current-Based Control (GCBC), é capaz de acomodar inversores de características diversas, sendo de natureza despachável (d-RED) ou nãodespachável (nd-RED), com base em uma unidade centralizadora e em canais de comunicação de banda estreita. Através da coordenação flexível de REDs, a estratégia suporta a implementação de compartilhamento de correntes ativas, tão bem quanto a compensação de correntes reativas, além da mitigação distribuída e seletiva de harmônicos. Ademais, a estratégia de controle é complacente com perfis intermitentes de geração de energia, os quais são comuns em nd-REDs. Além disso, outra vantagem se refere à capacidade de prover compartilhamento de correntes entre inversores de forma proporcional às suas capacidades, sem interferência das características de impedâncias de linha, diferente do método convencional de controle droop (i.e., controle por inclinação). Acima de tudo, a estratégia GCBC é capaz de gerenciar uma microrrede CA interconectada para operar como uma entidade única controlável, provendo controlabilidade total sob seu despacho de potência para a rede de distribuição, permitindo a negociação de serviços energéticos em mercados de energia transativos. Os méritos da estratégia GCBC são amplamente avaliados ao longo desta tese, por meio de simulação e resultados experimentais, com base em múltiplos protótipos de microrrede com foco em baixa tensão, garantindo que o método é viável a implementações práticas reais. Diversos cenários de microrrede são analisados, tal como sob limitação de capacidades de potência, considerando a presença de tensões não ideias, e também perante complicações relacionadas à comunicação de dados, certificando que a estratégia GCBC é capaz de operar sob condições adversas. Ainda, demonstra-se através de resultados experimentais que o método de controle é capaz de prover melhoria da qualidade da tensão em microrredes fracas de baixa tensão que apresentam características homogêneas, como um resultado indireto do compartilhamento proporcional de correntes não ativas. Finalmente, funcionalidades de controle avançadas são flexivelmente derivadas com base na abordagem GCBC, possibilitando que uma microrrede seja capaz de modelar sua operação para se comportar como um resistor variável e seletivo, o qual suporta uma operação mais eficiente da rede de distribuição, ainda favorecendo o amortecimento de ressonâncias harmônicas. Como outra funcionalidade avançada, compensação distribuída de correntes ativa e reativa de desbalanço pode ser também ofertada, com base em conceitos advindos da Teoria de Potência Conservativa. Ademais, regulação de tensão pode ser implementada para microrredes, com base em um esquema de controle automático incorporando a estratégia GCBC, possibilitando ainda uma exploração de energia aprimorada para nd-REDs. Por último, considerações sob a integração de métodos de otimização também ressaltam que funcionalidades adicionais podem ser formuladas com base na adoção da estratégia GCBC. (AU)

• Processo FAPESP: 17/24652-8 - Desenvolvimento de metodologia de controle cooperativo de geradores distribuídos em microrredes de energia com múltiplas considerações de operação
• Beneficiário: Augusto Matheus dos Santos Alonso
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado