Controle em espaço de estados utilizando lqr de conversores para aplicação em microrrede
Autor(a) principal: | |
---|---|
Data de Publicação: | 2020 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFJF |
Texto Completo: | https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/11641 |
Resumo: | Estudos relacionados a microrredes vêm crescendo consideravelmente nos últimos anos, se tornando um dos tópicos de pesquisa mais recentes no campo da engenharia elétrica, tanto no Brasil como no exterior. Neste contexto, este trabalho apresenta a modelagem e o controle de uma microrrede em corrente alternada alimentada diretamente por uma unidade de geração fotovoltaica e um sistema de armazenamento de energia, operando no modo conectado e ilhado da rede elétrica. O algoritmo Perturba e Observa é utilizado para rastrear o ponto de máxima potência do conjunto fixo de painéis solares fotovoltaicos. O sistema de armazenamento de energia é utilizado devido à intermitência da geração fotovoltaica e está presente durante todo o funcionamento da microrrede, garantindo o controle de tensão no barramento de corrente contínua. A topologia do conversor, que faz interface entre o barramento de corrente contínua com a rede elétrica, é de um único estágio, e este apresenta como principal característica a sua multifuncionalidade: quando conectado à rede elétrica, atuando no modo supridor de rede, operando como fonte de corrente, controlando a corrente injetada no ponto de acoplamento comum. Entretanto, no modo formador de rede, ilhado da rede elétrica, o conversor opera como fonte de tensão, controlando amplitude e fase da tensão no ponto de acoplamento comum. A estrutura do conversor utilizada é a mesma em ambos os modos de operação, alterando apenas as estrategias de controle. A transição do modo de operação e controle é realizado com o auxílio da técnica de detecção de ilhamento baseada na injeção de corrente de sequencia negativa, sendo a abertura da chave, que faz conexão com a rede elétrica, realizada quando o nível de sequencia negativa da tensão após o ilhamento ultrapassa o limite de operação nominal. A modelagem do sistema proposto é feita em espaços de estados e o seu controle em realimentação de estados, cujos ganhos foram encontrados utilizando o regulador quadrático linear. Foram realizados testes de simulação para a validação do sistema, que comprovaram a eficacia do conversor multifuncional e também do sistema de armazenamento de energia. Além disso, resultados experimentais do conversor no modo formador de rede também demonstraram resultados satisfatórios. |
id |
UFJF_06c6d9a7b5dbd41e94f15c3d3ef2ef91 |
---|---|
oai_identifier_str |
oai:hermes.cpd.ufjf.br:ufjf/11641 |
network_acronym_str |
UFJF |
network_name_str |
Repositório Institucional da UFJF |
repository_id_str |
|
spelling |
Oliveira, Janaína Gonçalves dehttp://lattes.cnpq.br/Ferreira, André Augustohttp://lattes.cnpq.br/7754410281265624Almeida, Pedro Machado dehttp://lattes.cnpq.br/4937289004615851Valle, Rodolfo Lacerdahttp://lattes.cnpq.br/3841414572769164Rodrigues, Márcio do Carmo Barbosa Poncíliohttp://lattes.cnpq.br/8753552991692203http://lattes.cnpq.br/4826175425564777Döhler, Jéssica Santos2020-08-27T21:13:01Z2020-08-272020-08-27T21:13:01Z2020-03-04https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/11641Estudos relacionados a microrredes vêm crescendo consideravelmente nos últimos anos, se tornando um dos tópicos de pesquisa mais recentes no campo da engenharia elétrica, tanto no Brasil como no exterior. Neste contexto, este trabalho apresenta a modelagem e o controle de uma microrrede em corrente alternada alimentada diretamente por uma unidade de geração fotovoltaica e um sistema de armazenamento de energia, operando no modo conectado e ilhado da rede elétrica. O algoritmo Perturba e Observa é utilizado para rastrear o ponto de máxima potência do conjunto fixo de painéis solares fotovoltaicos. O sistema de armazenamento de energia é utilizado devido à intermitência da geração fotovoltaica e está presente durante todo o funcionamento da microrrede, garantindo o controle de tensão no barramento de corrente contínua. A topologia do conversor, que faz interface entre o barramento de corrente contínua com a rede elétrica, é de um único estágio, e este apresenta como principal característica a sua multifuncionalidade: quando conectado à rede elétrica, atuando no modo supridor de rede, operando como fonte de corrente, controlando a corrente injetada no ponto de acoplamento comum. Entretanto, no modo formador de rede, ilhado da rede elétrica, o conversor opera como fonte de tensão, controlando amplitude e fase da tensão no ponto de acoplamento comum. A estrutura do conversor utilizada é a mesma em ambos os modos de operação, alterando apenas as estrategias de controle. A transição do modo de operação e controle é realizado com o auxílio da técnica de detecção de ilhamento baseada na injeção de corrente de sequencia negativa, sendo a abertura da chave, que faz conexão com a rede elétrica, realizada quando o nível de sequencia negativa da tensão após o ilhamento ultrapassa o limite de operação nominal. A modelagem do sistema proposto é feita em espaços de estados e o seu controle em realimentação de estados, cujos ganhos foram encontrados utilizando o regulador quadrático linear. Foram realizados testes de simulação para a validação do sistema, que comprovaram a eficacia do conversor multifuncional e também do sistema de armazenamento de energia. Além disso, resultados experimentais do conversor no modo formador de rede também demonstraram resultados satisfatórios.Studies related to microgrids have grown considerably in recent years, becoming one of the most famous research topics in the field of electrical engineering, in Brazil and abroad. In this context, this work presents the modeling and control of an alternating current microgrid fed directly by a photovoltaic generation unit and an energy storage system, operating in the connected and isolated mode from the electrical grid. The Perturb and Observe algorithm is used to track the maximum power point of the fixed set of photovoltaic solar panels. The energy storage system is used due to the intermittency of photovoltaic generation and is used during all operation of the microgrid ensuring DC link voltage control. The topology of the converter, which interfaces between the direct current bus and the electrical grid, is a single stage, and its main feature is its multifunctionality: when connected to the electrical grid, acting in the grid supplying mode, operating as current source, controlling the current injected into the point of common coupling. However, in the grid forming mode, isolated from the electrical grid, the converter operates as a voltage source, controlling the amplitude and phase of the voltage at the common coupling point. The structure of the converter used is the same in both operating modes, changing only the control strategies. The transition from the operation and control mode is carried out with the help of the islanding detection technique based on the negative sequence current injection, with the opening of the switch, which connects to the electrical grid, performed when the level of negative sequence of the voltage after islanding exceeds the rated operating limit. The modeling of the proposed system is performed in state spaces and its control based on full state feedback, whose gains were found using the linear quadratic regulator. Simulation tests were carried out to validate the system, which proved the efficiency of the multifunctional converter and also the energy storage system. In addition, experimental results of the converter in the network forming mode have also shown satisfactory results.porUniversidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)Programa de Pós-graduação em Engenharia ElétricaUFJFBrasilFaculdade de EngenhariaAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICAConversor multifuncionalDetecção de ilhamentoArmazenamento de energiaRealimentação de estadosRegulador quadrático linearMultifuncional converterIslanding detectionStorage energy systemState feedbackLinear quadratic regulatorControle em espaço de estados utilizando lqr de conversores para aplicação em microrredeinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFJFinstname:Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)instacron:UFJFORIGINALjessicasantosdohler.pdfjessicasantosdohler.pdfPDF/Aapplication/pdf29316731https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/11641/1/jessicasantosdohler.pdf8b6772b5aeaca54f4f754ce491f4f7b5MD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/11641/2/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/11641/3/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD53TEXTjessicasantosdohler.pdf.txtjessicasantosdohler.pdf.txtExtracted texttext/plain177317https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/11641/4/jessicasantosdohler.pdf.txt76aa8ad75d7d396997af13819ed310e8MD54THUMBNAILjessicasantosdohler.pdf.jpgjessicasantosdohler.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1168https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/11641/5/jessicasantosdohler.pdf.jpg50edc2191086c24d6d35edf15de63cf8MD55ufjf/116412020-08-28 03:07:26.541oai:hermes.cpd.ufjf.br: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Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufjf.br/oai/requestopendoar:2020-08-28T06:07:26Repositório Institucional da UFJF - Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)false |
dc.title.pt_BR.fl_str_mv |
Controle em espaço de estados utilizando lqr de conversores para aplicação em microrrede |
title |
Controle em espaço de estados utilizando lqr de conversores para aplicação em microrrede |
spellingShingle |
Controle em espaço de estados utilizando lqr de conversores para aplicação em microrrede Döhler, Jéssica Santos CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA Conversor multifuncional Detecção de ilhamento Armazenamento de energia Realimentação de estados Regulador quadrático linear Multifuncional converter Islanding detection Storage energy system State feedback Linear quadratic regulator |
title_short |
Controle em espaço de estados utilizando lqr de conversores para aplicação em microrrede |
title_full |
Controle em espaço de estados utilizando lqr de conversores para aplicação em microrrede |
title_fullStr |
Controle em espaço de estados utilizando lqr de conversores para aplicação em microrrede |
title_full_unstemmed |
Controle em espaço de estados utilizando lqr de conversores para aplicação em microrrede |
title_sort |
Controle em espaço de estados utilizando lqr de conversores para aplicação em microrrede |
author |
Döhler, Jéssica Santos |
author_facet |
Döhler, Jéssica Santos |
author_role |
author |
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv |
Oliveira, Janaína Gonçalves de |
dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/ |
dc.contributor.advisor-co1.fl_str_mv |
Ferreira, André Augusto |
dc.contributor.advisor-co1Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/7754410281265624 |
dc.contributor.referee1.fl_str_mv |
Almeida, Pedro Machado de |
dc.contributor.referee1Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/4937289004615851 |
dc.contributor.referee2.fl_str_mv |
Valle, Rodolfo Lacerda |
dc.contributor.referee2Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/3841414572769164 |
dc.contributor.referee3.fl_str_mv |
Rodrigues, Márcio do Carmo Barbosa Poncílio |
dc.contributor.referee3Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/8753552991692203 |
dc.contributor.authorLattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/4826175425564777 |
dc.contributor.author.fl_str_mv |
Döhler, Jéssica Santos |
contributor_str_mv |
Oliveira, Janaína Gonçalves de Ferreira, André Augusto Almeida, Pedro Machado de Valle, Rodolfo Lacerda Rodrigues, Márcio do Carmo Barbosa Poncílio |
dc.subject.cnpq.fl_str_mv |
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA |
topic |
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA Conversor multifuncional Detecção de ilhamento Armazenamento de energia Realimentação de estados Regulador quadrático linear Multifuncional converter Islanding detection Storage energy system State feedback Linear quadratic regulator |
dc.subject.por.fl_str_mv |
Conversor multifuncional Detecção de ilhamento Armazenamento de energia Realimentação de estados Regulador quadrático linear Multifuncional converter Islanding detection Storage energy system State feedback Linear quadratic regulator |
description |
Estudos relacionados a microrredes vêm crescendo consideravelmente nos últimos anos, se tornando um dos tópicos de pesquisa mais recentes no campo da engenharia elétrica, tanto no Brasil como no exterior. Neste contexto, este trabalho apresenta a modelagem e o controle de uma microrrede em corrente alternada alimentada diretamente por uma unidade de geração fotovoltaica e um sistema de armazenamento de energia, operando no modo conectado e ilhado da rede elétrica. O algoritmo Perturba e Observa é utilizado para rastrear o ponto de máxima potência do conjunto fixo de painéis solares fotovoltaicos. O sistema de armazenamento de energia é utilizado devido à intermitência da geração fotovoltaica e está presente durante todo o funcionamento da microrrede, garantindo o controle de tensão no barramento de corrente contínua. A topologia do conversor, que faz interface entre o barramento de corrente contínua com a rede elétrica, é de um único estágio, e este apresenta como principal característica a sua multifuncionalidade: quando conectado à rede elétrica, atuando no modo supridor de rede, operando como fonte de corrente, controlando a corrente injetada no ponto de acoplamento comum. Entretanto, no modo formador de rede, ilhado da rede elétrica, o conversor opera como fonte de tensão, controlando amplitude e fase da tensão no ponto de acoplamento comum. A estrutura do conversor utilizada é a mesma em ambos os modos de operação, alterando apenas as estrategias de controle. A transição do modo de operação e controle é realizado com o auxílio da técnica de detecção de ilhamento baseada na injeção de corrente de sequencia negativa, sendo a abertura da chave, que faz conexão com a rede elétrica, realizada quando o nível de sequencia negativa da tensão após o ilhamento ultrapassa o limite de operação nominal. A modelagem do sistema proposto é feita em espaços de estados e o seu controle em realimentação de estados, cujos ganhos foram encontrados utilizando o regulador quadrático linear. Foram realizados testes de simulação para a validação do sistema, que comprovaram a eficacia do conversor multifuncional e também do sistema de armazenamento de energia. Além disso, resultados experimentais do conversor no modo formador de rede também demonstraram resultados satisfatórios. |
publishDate |
2020 |
dc.date.accessioned.fl_str_mv |
2020-08-27T21:13:01Z |
dc.date.available.fl_str_mv |
2020-08-27 2020-08-27T21:13:01Z |
dc.date.issued.fl_str_mv |
2020-03-04 |
dc.type.status.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
dc.type.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/masterThesis |
format |
masterThesis |
status_str |
publishedVersion |
dc.identifier.uri.fl_str_mv |
https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/11641 |
url |
https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/11641 |
dc.language.iso.fl_str_mv |
por |
language |
por |
dc.rights.driver.fl_str_mv |
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ info:eu-repo/semantics/openAccess |
rights_invalid_str_mv |
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ |
eu_rights_str_mv |
openAccess |
dc.publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) |
dc.publisher.program.fl_str_mv |
Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica |
dc.publisher.initials.fl_str_mv |
UFJF |
dc.publisher.country.fl_str_mv |
Brasil |
dc.publisher.department.fl_str_mv |
Faculdade de Engenharia |
publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) |
dc.source.none.fl_str_mv |
reponame:Repositório Institucional da UFJF instname:Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) instacron:UFJF |
instname_str |
Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) |
instacron_str |
UFJF |
institution |
UFJF |
reponame_str |
Repositório Institucional da UFJF |
collection |
Repositório Institucional da UFJF |
bitstream.url.fl_str_mv |
https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/11641/1/jessicasantosdohler.pdf https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/11641/2/license_rdf https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/11641/3/license.txt https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/11641/4/jessicasantosdohler.pdf.txt https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/11641/5/jessicasantosdohler.pdf.jpg |
bitstream.checksum.fl_str_mv |
8b6772b5aeaca54f4f754ce491f4f7b5 e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 76aa8ad75d7d396997af13819ed310e8 50edc2191086c24d6d35edf15de63cf8 |
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv |
MD5 MD5 MD5 MD5 MD5 |
repository.name.fl_str_mv |
Repositório Institucional da UFJF - Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) |
repository.mail.fl_str_mv |
|
_version_ |
1801661424542416896 |