Algoritmo Power-Based Control modificado para coordenação de inversores em microrredes de energia elétrica
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tese de doutorado
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Fernando Pinhabel Marafão
Clodualdo Venicio De Sousa
Lucas Savoi de Araújo
Sidelmo Magalhães Silva
Clodualdo Venicio De Sousa
Lucas Savoi de Araújo
Sidelmo Magalhães Silva
Resumo
Esta tese propõe uma versão modificada do algoritmo Power-Based Control (PBC) para o gerenciamento de recursos energéticos distribuídos (REDs) em microrredes (MRs) avançadas. O algoritmo Modified Power-Based Control (MPBC) proposto herda as principais características do PBC, como baixa complexidade de implementação, requisitos mínimos em termos de tecnologia da informação (i.e., baixa taxa de transmissão de dados) e não requer conhecimento prévio da topologia e das impedâncias de linha da rede. Esta nova formulação permite que seja realizada uma distinção entre REDs dispersos conectados (i.e., fase-fase e fase-neutro) à MR de energia elétrica. Nesse cenário, o compartilhamento de potência entre os REDs e a compensação de desbalanço de corrente são prontamente alcançados com os REDs fase-fase e fase-neutro compartilhando potência balanceada, enquanto as potências de desbalanço e homopolar são direcionadas apenas aos REDs com conexão fase-neutro. Este fato provê maior grau de liberdade para o compartilhamento de potência na MR, uma vez que o sistema passa a contar com o dobro de coeficientes escalares em comparação ao PBC. A estratégia de controle é aplicada em uma estrutura de MR despachável, baseada em uma arquitetura de controle hierárquica centralizada. O algoritmo proposto é comparado com o PBC por meio de simulações em uma MR trifásica a quatro fios para diferentes condições de tensão e carga. Nesse sentido foi desenvolvido um protótipo de MR para validação experimental da estratégia e comparação frente ao PBC durante a execução de serviços ancilares. Destaca-se que o algoritmo proposto foi empregado no controle da MR Tesla desenvolvida na escola de engenharia da Universidade Federal de Minas Gerais, utilizando dispositivos comerciais. A MR Tesla é capaz de executar os mais diversos serviços ancilares como: self-consumption, energy time shift, peak-shaving e suporte de reativo à rede elétrica a montante. Devido as características intrínsecas das três tecnologias de baterias (chumbo-ácido, íon-lítio e sal fundido) empregadas na MR Tesla foi proposto um controle de energia média utilizável para garantir que os diferentes bancos de bateria atinjam os seus valores de SoCs mínimo simultaneamente, evitando então que uma tecnologia limite a entrega de energia das demais. Por fim, são apresentadas duas estratégias para gerenciamento do fluxo de potência em MRs com múltiplos pontos de acoplamento comum e/ou grupo de MRs com o emprego do PBC.
Abstract
This PhD dissertation proposes a modified version of the Power-Based Control (PBC)
algorithm for managing distributed energy resources (DERs) in advanced microgrids
(MGs). The proposed Modified Power-Based Control (MPBC) algorithm inherits the
main characteristics of PBC, such as low implementation complexity, minimal information
technology requirements (i.e., low data transmission rate), and no need for prior knowledge
of the grid topology and line impedances. This novel formulation allows distinction between
connected dispersed DERs (i.e., phase-phase and phase-neutral) to the electric power MG.
In this scenario, power sharing among DERs and current imbalance compensation are
readily achieved, with phase-phase and phase-neutral DERs sharing balanced power, while
unbalance and homopolar powers are addressed only to phase-neutral-connected DERs.
This fact provides a greater degree of freedom for power sharing in the MG, as the system
has now twice the scalar coefficients compared to PBC. The control strategy is applied in
a dispatchable MG framework based on a centralized hierarchical control architecture. The
proposed algorithm is compared to PBC by means of simulations in a four-wire three-phase
MG under different voltage and load conditions. In this regard, an MG prototype is
developed for experimental validation of the strategy and comparison against PBC during
the execution of ancillary services. It is worth noting that the proposed algorithm is
employed in the Tesla MG developed at the School of Engineering of the Federal University
of Minas Gerais, using commercial devices. The Tesla MG is capable of performing various
ancillary services such as self-consumption, energy time shift, peak shaving, and reactive
support to the upstream utility grid. Due to the intrinsic characteristics of the three battery
technologies (lead-acid, lithium-ion, and molten salt) employed in the Tesla MG, a control
for usable average energy is proposed to ensure that the different battery banks reach
their minimum State of Charge (SoC) values simultaneously, thus avoiding one technology
from limiting the energy delivery of the others. Finally, two strategies are presented for
managing power flow in MGs with multiple points of common coupling and/or a group of
MGs using PBC.
Assunto
Engenharia elétrica, Energia elétrica - Distribuição, Recursos energéticos, Algoritmos, Inversores elétricos
Palavras-chave
Controle baseado em potência, Microrredes avançadas, Grupos de microrredes, Microrredes com múltiplos PACs
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