Conversor multifuncional recongurável e tolerantes a falhas para microrredes de energia elétrica
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2018 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFMG |
Texto Completo: | http://hdl.handle.net/1843/BUOS-B6GE5W |
Resumo: | Nas microrredes c.a. é de interesse denir uma nova topologia de conversor que agregue em uma única estrutura os três conversores básicos, denidos como supridor de rede, formador deredeesuporteàrede.Umconversorquepodeseradaptadoparaobteressaconguração multifuncional é o dispositivo dinâmico de proteção série. Esse conversor é conectado em série com a rede elétrica sem isolamento galvânico, o que garante uma compensação dos fenômenos que degradam a qualidade da energia elétrica ligados à forma de onda da tensão. Nessa tese é proposto um conversor multifuncional fundamentado no dispositivo dinâmico de proteção série e aplicado em uma microrrede c.a com arquitetura de controle centralizada, que pode ser monofásica ou trifásica a três e quatro-os. Além de desenvolver as funções típicas dos conversores das microrredes, o conversor multifuncional pode mudar a sua topologia de conexão com a rede de série para paralelo e vice-versa, dependendo das condições da rede principal e microrrede. O algoritmo de controle desenvolvido permite uma mudança do modo de operação em tempo real, podendo o conversor multifuncional operar como uma fonte de tensão ou corrente controlada. Também é possível realizar uma transição suave entre os modos de operação da microrrede. Essa exibilidade de operação permite o conversor operar como: (i) formador de rede produzindo uma referência de tensão e gerenciando o blackstart; (ii) supridor de rede com injeção de potência ativa na microrrede; e (iii) suporte à rede provendo serviços ancilares como regulação de tensão, compensador de sag e swell, função de ltro ativo série ou paralelo com compensação de reativos, desbalanço e harmônicos. O controle do conversor multifuncional é desenvolvido em um processador de sinais da Texas Instruments TMS320F28335 e validado com simulação hardware-in-the-loop, por meio da plataforma Typhoon HIL 600. Já operando em uma microrrede c.a. ilhada como formador de rede, o conversor multifuncional possui uma característicadetolerânciaafalhas. Nessa condição, são usados três inversores monofásicos conectados em delta, formando um conversor trifásico a três os. Com a conexão de um transformador zig-zag na saída do conversor, é possível obter um sistema trifásico a quatro os. Além de criar uma referência de tensão e frequência, o conversor pode mudar sua conguração de delta para delta-aberto e vice-versa, sem interrupção no suprimento da microrrede na condição de falha em um dos inversores monofásicos. São apresentados resultados experimentais que validam a operação do conversor tolerante a falhas. |
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Sidelmo Magalhaes SilvaBraz de Jesus Cardoso FilhoDanilo Iglesias BrandaoIgor Amariz PiresSérgio Augusto Oliveira da SilvaClodualdo Venicio de SousaHélio Marcos André Antunes2019-08-14T17:54:17Z2019-08-14T17:54:17Z2018-03-23http://hdl.handle.net/1843/BUOS-B6GE5WNas microrredes c.a. é de interesse denir uma nova topologia de conversor que agregue em uma única estrutura os três conversores básicos, denidos como supridor de rede, formador deredeesuporteàrede.Umconversorquepodeseradaptadoparaobteressaconguração multifuncional é o dispositivo dinâmico de proteção série. Esse conversor é conectado em série com a rede elétrica sem isolamento galvânico, o que garante uma compensação dos fenômenos que degradam a qualidade da energia elétrica ligados à forma de onda da tensão. Nessa tese é proposto um conversor multifuncional fundamentado no dispositivo dinâmico de proteção série e aplicado em uma microrrede c.a com arquitetura de controle centralizada, que pode ser monofásica ou trifásica a três e quatro-os. Além de desenvolver as funções típicas dos conversores das microrredes, o conversor multifuncional pode mudar a sua topologia de conexão com a rede de série para paralelo e vice-versa, dependendo das condições da rede principal e microrrede. O algoritmo de controle desenvolvido permite uma mudança do modo de operação em tempo real, podendo o conversor multifuncional operar como uma fonte de tensão ou corrente controlada. Também é possível realizar uma transição suave entre os modos de operação da microrrede. Essa exibilidade de operação permite o conversor operar como: (i) formador de rede produzindo uma referência de tensão e gerenciando o blackstart; (ii) supridor de rede com injeção de potência ativa na microrrede; e (iii) suporte à rede provendo serviços ancilares como regulação de tensão, compensador de sag e swell, função de ltro ativo série ou paralelo com compensação de reativos, desbalanço e harmônicos. O controle do conversor multifuncional é desenvolvido em um processador de sinais da Texas Instruments TMS320F28335 e validado com simulação hardware-in-the-loop, por meio da plataforma Typhoon HIL 600. Já operando em uma microrrede c.a. ilhada como formador de rede, o conversor multifuncional possui uma característicadetolerânciaafalhas. Nessa condição, são usados três inversores monofásicos conectados em delta, formando um conversor trifásico a três os. Com a conexão de um transformador zig-zag na saída do conversor, é possível obter um sistema trifásico a quatro os. Além de criar uma referência de tensão e frequência, o conversor pode mudar sua conguração de delta para delta-aberto e vice-versa, sem interrupção no suprimento da microrrede na condição de falha em um dos inversores monofásicos. São apresentados resultados experimentais que validam a operação do conversor tolerante a falhas.In AC microgrids, it is interesting to create a new converter topology that aggregates a single structure to the three essentials converters in AC microgrids, dened as gridfeeding, grid-forming and grid-supporting. One converter that can be modied to obtain a multifunctional conguration is the series protection dynamic device. This converter is connected in series with the power grid without galvanic isolation, which assures compensation of the main phenomenon which reduces power quality linked to voltage waveform.Inthisthesis, a multifunctional converter is proposed based on the series dynamic protection device and applied to AC microgrids with centralized control architecture, that can be single-phase or three-phase three- or four-wire networks. As well as developing the typical functionalities of microgrid converters, the proposed converter can switch its connection topology from series to parallel and vice-versa, depending on the powergrid and microgrid needs. The developed control algorithm allows on-line change of the converter operation either as a voltage- or current-controlled source. Moreover, it is possible to make a smooth transition between microgrid operation modes. This exibility allows the converter to operate as: (i) grid-forming applying voltage reference and managing black-start; (ii) grid-feeding injecting active power; and (iii) grid supporting performing ancillary services such as voltage regulation, voltages a gands well compensation, along with series or shunt active power ltering of reactive, unbalance and harmonic compensation. The multifunctional control is implemented using a Texas Instruments TMS320F28335 digital signal processor and then validated through a hardware-in-the-loop simulation developed into a Typhoon HIL 600 platform. By contrast operating as a grid-forming converter in AC microgrids, the multifunctional converter has a fault tolerance feature. In this condition, three single-phase inverters are connected in delta, forming a three-phase three-wire system. With a zig-zag transformer connection in the converters output, it is also possible to create a three-phase four-wire system. Besides creating a voltage and frequency reference, the converter can change its conguration from delta to open-delta and vice versa, without interrupting the supply of the microgrid with an eventual failure in one of the single-phase inverters. Experimental results are shown to validate the fault tolerant converter operation.Universidade Federal de Minas GeraisUFMGEngenharia elétricaRedes elétricasEnergia elétrica FalhasGeração distribuídaConversor multifuncionalConversor formador de redeCompensador sérieMicrorredesHardware-in-the-loopConversor multifuncional recongurável e tolerantes a falhas para microrredes de energia elétricainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFMGinstname:Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)instacron:UFMGORIGINALtese_helio.pdfapplication/pdf25056921https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/BUOS-B6GE5W/1/tese_helio.pdfdb793e39b8b29ff683ac3e3dde0ce9e0MD51TEXTtese_helio.pdf.txttese_helio.pdf.txtExtracted texttext/plain445306https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/BUOS-B6GE5W/2/tese_helio.pdf.txt95d05abe4da38b28ec8d184f21391d34MD521843/BUOS-B6GE5W2019-11-14 15:20:14.487oai:repositorio.ufmg.br:1843/BUOS-B6GE5WRepositório de PublicaçõesPUBhttps://repositorio.ufmg.br/oaiopendoar:2019-11-14T18:20:14Repositório Institucional da UFMG - Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)false |
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