Estudo e desenvolvimento de métodos de controle para microrredes CA ilhadas e conectadas à rede elétrica

• Autor(a) principal: Souza Junior, Marcus Evandro Teixeira
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFU
• Texto Completo: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/29730; http://doi.org/10.14393/ufu.di.2020.588
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::SISTEMAS ELETRICOS DE POTENCIA; Geração distribuída; Distributed generation; Método de Controle Droop; Droop control method; Microrredes; Microgrids; Modo conectado à rede; Grid-connected mode; Modo ilhado; Islanded mode; Paralelismo de inversores; Parallel operation of inverters; Engenharia elétrica

O objetivo deste trabalho é estudar as microrredes CA, seus métodos de controle e seus modos de operação: ilhado e conectado à rede elétrica. Inicialmente, é feita uma apresentação geral. A história das microrredes é contada brevemente e, em seguida, seu desenvolvimento recente é considerado. Os principais conceitos são tratados. Os diversos componentes que constituem uma microrrede são detalhados. Seguem investigações sobre os controles e as arquiteturas das microrredes. Normas sobre o assunto são debatidas. São ainda exploradas as relações existentes entre as microrredes, a qualidade da energia, os serviços ancilares e as redes elétricas inteligentes. Após esta abordagem universal, as técnicas de controle para operações ilhada e conectada à rede tornam-se o foco do trabalho. Para as microrredes ilhadas, os requisitos e as propostas de controle são comentados. Os controles internos, formados por controladores Proporcional-Ressonante, têm suas estruturas delineadas. O modo ilhado só é possível pelo emprego do controle primário, que permite o paralelismo dos inversores e o compartilhamento de potências. Para o presente trabalho, o método de controle droop convencional é o escolhido para tanto. Ele realiza estas funções de forma simples, flexível e sem comunicação. Uma microrrede CA monofásica é, então, descrita e projetada, servindo para análise dos dois modos de operação. Resultados de simulação computacional mostram a eficácia dos controles para diferentes regimes de funcionamento, como variações de carga, falha em inversores e rejeição de carga. Algumas dificuldades do modo ilhado, como desvios de frequência e de tensão e limitação no equilíbrio energético, são sanadas no modo conectado à rede, que é o último tópico do trabalho. Todas as condições para a conexão da microrrede à rede de distribuição são discutidas. Os elementos que fazem a ligação entre os dois sistemas, as técnicas de sincronização e a chave de interconexão, são avaliados. Uma revisão bibliográfica sobre as técnicas de controle para este modo é feita. Finalmente, como contribuição principal do trabalho, é proposto um método de controle para sincronização, transição suave e conexão da microrrede à rede elétrica. A técnica permite o controle completo do fluxo de potências ativa e reativa entre a microrrede e a rede de distribuição, sendo feito individualmente para cada conversor. Simulações computacionais conferem e corroboram a proposta de método de controle. A sincronização é realizada para diferentes situações de ângulo de fase, de frequência e de amplitude da tensão da rede elétrica. A transição suave é verificada. Importação e exportação de potências, mudanças de carga, saída de unidades, alteração individual de produção e correção do fator de potência são algumas das conjunturas examinadas. O retorno ao modo ilhado também é exibido. Otimização de processos, criação de um mercado de energia, aprimoramento da qualidade da energia, provimento de serviços ancilares e mitigação de impactos ambientais são alguns dos recursos disponíveis pelo controle e conexão entre os dois sistemas.