Controle descentralizado de unidades de GD

Eletrônica de Potência para Redes Ativas de Distribuição

Refs.:

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Análise de controle descentralizado em µGrid

2  

3  

Interligação (típica) de GD à rede trifásica

3  

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Modelo de uma unidade de GD

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Pode-­‐se  controlar  também  esta  tensão  

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Modelagem do sistema

—  Espaço de estados

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Medição de potências

— Da Teoria de Potência Instantânea:

—  Limitando a largura de banda:

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Controle de tensão

— Controladores de tensão:

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8  

Controle de tensão

— Controladores de tensão:

8  

PI  

9  

Controle de tensão

— Controladores de tensão:

9  

Desacoplamento  

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Controle de tensão

— Controladores de tensão:

10  

Feedforward  

11  

Controle de corrente

— Controladores de corrente:

11  

12  

Controle de corrente

— Controladores de corrente:

12  

Desacoplamento  

Feedforward  

PI  

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Modelo de uma unidade de DG

— Modelo linearizado: –  dδ: ângulo entre o sistema de referência do inversor e o ângulo do sistema de referência comum

– CV: saídas dos integradores dos controladores de tensão

– CC: saídas dos integradores dos controladores de corrente

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Modelo de uma unidade de DG

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Geração das referências de potência

— Método „droop“

•  Fluxo de potência em redes predominantemente indutivas:

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Geração das referências de potência

—  Fluxo de potência :

—  Pode-se desacoplar as partes ativa e reativa considerando-se ângulos pequenas (linhas curtas)

—  Assim, faz-se dois controles separados: •  Q => V •  P => f

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Controle de potência reativa

— Decaimento Q´V

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Controle de tensão (potência reativa)

— Decaimento Q´V

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Controle de potência ativa

— Decaimento P´f

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Controle de frequência (potência ativa)

— Decaimento P´f

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Controle por decaimento

— Droop:

— Determinação das inclinações dos controles de droop:

– Droop opera como uma comunicação „virtual“ entre várias unidades de GD

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Rede de distribuição com geração distribuída

22  

23  

Rede de distribuição com geração distribuída

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Problemas:  

1.  Como  manter  a  rede  estável  quando  ilhada?  

2.  Como  equilibrar  o  carregamento  das  unidades  de  GD?  

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Rede de distribuição com geração distribuída

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Problema  mais  básico:  

1.  Como  modelar  a  rede?  

—  Sistema elétrico •  Muito grande •  Utiliza-se notação fasorial •  As dinâmicas rápidas são desprezadas

Modelagem de redes

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—  Sistema elétrico •  Muito grande •  Utiliza-se notação fasorial •  As dinâmicas rápidas são desprezadas

— Microrede •  Número de unidades é limitado •  Pode-se incluir mais detalhes dos circuitos •  Dois caminhos:

o  Simulação  numérica  (vários  níveis  de  detalhes)  

o  Linearização  (modelos  de  pequenos  sinais  das  unidades  de  GD,  cargas  e  alimentadores)  

Modelagem de redes

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Modelo de uma unidade de GD

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Modelo linearizado de uma unidade de GD

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Rede de distribuição com geração distribuída

—  Exemplo: •  3 unidades de GD •  Alimentadores (RL) •  3 cargas

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Análise de estabilidade

—  Autovalores (70% de carga)

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Análise de estabilidade

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Controle  de  potência  (2-­‐10  Hz)  

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Análise de estabilidade

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Controle  de  tensão  (400-­‐600  Hz)  

Controle  de  potência  (2-­‐10  Hz)  

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Análise de estabilidade

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Controle  de  tensão  (400-­‐600  Hz)  

Controle  de  potência  (2-­‐10  Hz)  

Controle  de  corrente  +filtros  LCL+cargas  (1-­‐10  kHz)  

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Análise de estabilidade

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Controle  de  tensão  (400-­‐600  Hz)  

Pólos  dominantes  

Controle  de  corrente  +filtros  LCL+cargas  (1-­‐10  kHz)  

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Rede de distribuição com geração distribuída

—  Pares de pólos dominantes em uma unidade de GD

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500  W  

20  kW  

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Estabilidade do modo de potência ativa

—  Pares de pólos dominantes em uma unidade de GD são definidos pelos controladores droop

—  Pode-se então simplificar a análise de estabilidade da rede

—  Leis de controle (droop):

—  A transferência de potência é dada por:

—  Aonde

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Estabilidade do modo de potência ativa

— Grandes sinais:

—  Pequenos sinais:

o  Ponto  de  operação:  

com  

Pólo:  

– O ponto de operação pode ser extraído de um estudo de fluxo de potência

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Estabilidade do modo de potência reativa

— Grandes sinais:

—  Pequenos sinais: – O ponto de operação pode ser extraído de um estudo de fluxo de potência

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Estabilidade dos modos de potência

— Observações:

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Regulação  e  dinâmica  são  controladas  pela  inclinação  de  decaimento  

Regulação  é  controladas  pela  inclinação  de  decaimento,  mas  o  desempenho  dinâmico  não  é  controlável    

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Estabilidade dos modos de potência

— Observações:

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Pólos  parecem  reais,  mas  deve-­‐se  levar  em  conta:  o     A  filtragem  nas  medições  e  limitação  de  banda  para  melhoria  da  qualidade  das  correntes  o     O  acoplamento  entre  os  componentes  de  potência  a\va  e  rea\va  o     O  modelo  assim  simplificado  é  de  terceira  ordem  

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Acoplamento entre os modos de potência

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— Modelo acoplado (análise de sensibilidade)

— Medições:

— Modelo re-escrito:

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Acoplamento entre os modos de potência

42  

—  Funções de droop:

— Modelo re-escrito:

43  

Acoplamento entre os modos de potência

43  

—  Equação característica:

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Análise do acoplamento entre os modos de potência

44  

—  Funções de sensibilidade:

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Análise do acoplamento entre os modos de potência

45  

—  Amortecimento dos pólos dominantes:

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Respostas dinâmicas

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Acoplamento entre fluxos de potência ativa e reativa

— Quando os alimentadores não apresentam impedâncias dominantemente indutivas, o mecanismo de transferência de potência pode ser muito diferente

—  Até o ponto em que, se forem dominantemente resistivas, as relações se invertem

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Acoplamento entre fluxos de potência ativa e reativa

— Droops convencionais

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Acoplamento entre fluxos de potência ativa e reativa

—  Limite de transferência de potência – Ssc: potência de curto-circuito

– qθz: ângulo de linha

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Acoplamento entre fluxos de potência ativa e reativa

—  Exemplo para uma linha de alta tensão •  Simetria em P

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Acoplamento entre fluxos de potência ativa e reativa

—  Exemplo para uma linha de média tensão •  Sem simetria

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Acoplamento entre fluxos de potência ativa e reativa

—  Exemplo para uma linha de baixa tensão •  Simetria em Q

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Fluxos de potência ativa e reativa

—  Em uma linha de baixa tensão

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Droops

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Droops

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Acoplamento entre fluxos de potência ativa e reativa

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Microrede exemplo

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Estratégias de controle

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Droop  induEvo:   Droop  resisEvo:  

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Desempenho de diferentes estratégias de controle

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Desempenho de diferentes estratégias de controle em diferentes cenários

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