Estratégia de controle do fluxo de potência de um cluster avançado de média tensão com estações de recarga rápida de veículos elétricos e microrredes avançadas

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Universidade Federal de Minas Gerais

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Tese de doutorado

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Thiago Ribeiro de Oliveira
Fernanda Caseño Trindade Arioli
Jakson Paulo Bonaldo
Jakson Paulo Bonaldo

Resumo

Nesta tese de doutorado são apresentadas estratégias de controle para clusters de rede compostos por microrredes (MRs) avançadas e estações de recarga rápida (ERRs). A proposta oferece mais graus de liberdade na gestão da energia, contribuindo para a atenuação de variações bruscas de potência na rede, com foco na operação em média tensão e na garantia do fornecimento de energia no sistema elétrico. Os desafios abordados incluem o controle do fluxo de potência em presença de elevada penetração de geração distribuída e o impacto de ERRs na qualidade da energia. O trabalho propõe adaptações do algoritmo power-based control - controle baseado em potência (PBC) para lidar com tais condições, viabilizando tanto o equilíbrio local de potência quanto a prestação de serviços ancilares à rede, como peak shaving, valley filling e suporte de tensão. O sistema proposto foi avaliado em dois modos de operação distintos: conectado à rede e operando em modo ilhado. Em ambos, foram desenvolvidas e testadas soluções centralizadas e coordenadas de controle de potência. Os resultados de simulação demonstraram que o algoritmo proposto é capaz de manter a tensão no ponto de acoplamento comum (PAC) do cluster de rede dentro dos limites considerados adequados estabelecidos pelas normas do Procedimento de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional (PRODIST) da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). Além disso, a metodologia se mostrou rígida frente à variação de carga e geração dentro do cluster de rede em modo ilhado, considerando simulações com solucionadores fasoriais. A proposta também foi validada experimentalmente em ambiente laboratorial em pequena escala, comprovando sua viabilidade prática. Foi possível, por exemplo, zerar o fluxo de potência no PAC, evidenciando o equilíbrio interno de potência, uma condição essencial para operação em modo ilhado.

Abstract

In this doctoral thesis, control strategies are presented for grid clusters composed of advanced microgrids and fast-charging stations (FCSs). The proposed approach offers more degrees of freedom in energy management, contributing to the mitigation of abrupt power variations in the grid, with a focus on medium-voltage operation and on ensuring power supply within the electrical system. The challenges addressed include the control of power flow in the presence of high penetration of distributed generation and the impact of FCSs on power quality. The work proposes adaptations of the power-based control (PBC) algorithm to deal with such conditions, enabling both local power balancing and the provision of ancillary services to the grid, such as peak shaving, valley filling, and voltage support. The proposed system was evaluated in two distinct modes of operation: grid-connected and islanded. In both modes, centralized and coordinated power control solutions were developed and tested. The simulation results showed that the proposed algorithm is capable of maintaining the voltage at the point of common coupling (PCC) of the grid cluster within the limits considered adequate, as established by the PRODIST standards of ANEEL. Moreover, the methodology proved robust against load and generation variations within the grid cluster in islanded mode, considering simulations with phasor-based solvers. The proposal was also experimentally validated in a small-scale laboratory environment, confirming its practical feasibility. It was possible, for instance, to achieve zero power flow at the PCC, demonstrating internal power balancing, an essential condition for islanded operation.

Assunto

Engenharia elétrica, Eletrônica de potência, Correntes elétricas, Análise por conglomerados, Veículos elétricos

Palavras-chave

Controle de microrrede (MR) avançada, Clusters de rede avançados, Estação de recarga rápida (ERR), Power-based control - controle baseado em potência (PBC), Recursos energéticos distribuídos (REDs), Veículos elétricos (VEs)

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