Advanced microgrids : centralized control for coordination of heterogeneous converters

Abstract

Preocupações ambientais e o crescimento da demanda de energia elétrica desencadearam diretrizes governamentais, incentivando recursos de energia distribuídos (DERs) de base renovável em redes de baixa tensão. Microrrede (MG) avançada é um modelo promissor para atingir a meta de rede 100% renovável. Uma estratégia de controle completa para MG deve controlar o fluxo de potência no modo conectado à rede, regular a tensão/frequência no modo ilhado e realizar o compartilhamento de potência entre os DERs em ambos os modos. Abordagens de controle centralizado, como o power-based control (PBC), são conhecidas por alcançar esses três objetivos. Uma desvantagem da estrutura de MG centralizada que utiliza o PBC é a existência de um único conversor central para formar a MG ilhada. O conversor central é um único ponto de falha, o que reduz a capacidade de expansão da MG, além de ser um elemento caro para a implementação de uma MG. Assim, o objetivo deste trabalho é desenvolver uma estrutura de MG aprimorada, que utiliza o PBC em conjunto com um conversor controlado por tensão (VCM) integrado de uma malha de potência baseada em droop. Isso permite que a MG opere em ambos os modos sem um conversor central. A estratégia desenvolvida realiza controle do fluxo de potência da rede, compartilhamento de potência, compensação de desequilíbrio de corrente, restauração de tensão/frequência e transição suave entre os modos sem detecção de ilhamento crítico. Além disso, a nova abordagem considera DERs monofásicos e trifásicos, controlados por tensão ou por corrente, e DERs com restrições auto-impostas, caracterizando uma MG heterogênea. A MG heterogênea está mais próxima da aplicação prática do mundo real, em que vários tipos de conversores de proprietários diversos formam uma MG coordenada para alcançar objetivos comuns. Estudos teóricos, de simulação e em hardware-in-the-loop são conduzidos para: primeiro, desenvolver um controle para conversores VCM a fim de evitar a necessidade de conversor central; segundo, desenvolver um controle centralizado para MGs avançadas que inclua conversores heterogêneos; e, finalmente, desenvolver uma abordagem de controle para compensação de harmônicos quando conversores VCM são conectados a redes distorcidas. Um setup em hardware-in-the-loop é usado como método principal para validar o desenvolvimento proposto. Os resultados sustentam a conclusão de que o controle centralizado seja uma solução notável para problemas de MG avançadas.