Fault tolerant optimal operation of droop-based microgrids

Autor(es)

Pedro Pablo Vergara Barrios

• 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: 2019-02-12

Membros da banca

Luiz Carlos Pereira da Silva; Jan Corfixen Sørensen; Walmir de Freitas Filho; Zita Maria Almeida do Vale

• Orientador: Luiz Carlos Pereira da Silva; Bo Nørregaard Jørgensen

Resumo

À medida que avançamos para um sistema de distribuição de energia elétrica mais complexo, como resultado da crescente implantação de sistemas de geração e armazenamento distribuído, novos desafios operacionais tem surgido. Na literatura técnica, uma das soluções aceitas para lidar com estes desafios operacionais corresponde à estrutura de controle hierárquico. Esta estrutura compreende várias camadas de controle, lidando simultaneamente com a dinâmica mais lenta associada às decisões de despacho (camada de alto nível); bem como com a dinâmica mais rápida associada à arquitetura de controle local (camada de nível inferior). Esta tese foca na camada de nível superior apresentando novos e sofisticados modelos matemáticos para lidar com o problema de despacho de uma microrrede ilhada. A microrrede é composta por diferentes unidades de geração distribuída (GD), incluindo unidades baseadas em fontes renováveis, e sistemas de bateria (SB). A principal contribuição destes modelos está relacionada à modelagem do controle da camada inferior, implementada utilizando controle droop. Além disso, como estas formulações matemáticas são geralmente difíceis de resolver, esta tese também introduz novos procedimentos de aproximação que simplificam as formulações originais, permitindo o uso de solvers comerciais. Embora a estrutura de controle hierárquico tenha sido aceita como a solução padronizada, essa estrutura de controle pode não ser adequada para sistemas com um grande número de unidades. Nesse sentido, uma nova tendência na comunidade de pesquisa foi recentemente estabelecida, focada em estruturas de controle distribuídas. Estas estruturas oferecem características atraentes, como tolerância a falhas, escalabilidade, plug-and-play, robustez, entre outras. Diante disso, uma estratégia de controle para operar uma microrrede de forma distribuída é apresentada também nesta tese. Este trabalho superou duas desvantagens importantes encontradas na literatura técnica: Em primeiro lugar, o balanço de potência ativa e reativa é continuamente corrigido, mesmo durante a execução da estratégia de controle; e segundo, a estratégia é considerada para operar com uma versão distribuída da estrutura de controle hierárquico. Por outro lado, como a operação da microrrede é essencialmente diferente no modo conectado à rede e no modo ilhado, um novo modelo matemático generalizado também é apresentado. Este modelo permite ao operador da microrede planejar antecipadamente o modo operacional, a fim de garantir a operação com segurança. Alem disso, um novo conjunto de procedimentos de convexificação também é introduzido visando resolver a formulação proposta usando solvers comerciais. Finalmente, devido ao ambiente operacional incerto da geração baseada em renováveis e do consumo, abordagens de despacho determinísticas podem falhar em garantir uma operação segura. Para lidar com essa natureza incerta, também é apresentado um modelo estocástico baseado em cenário para o problema de operação de uma microrrede ilhada. O impacto do nível de incerteza nos dados é avaliado na solução ótima de despacho (AU)

• Processo FAPESP: 15/09136-8 - Otimização de um portfólio tolerante a faltas em um cenário de Smart Grid
• Beneficiário: Pedro Pablo Vergara Barrios
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado