Técnicas de controle para

conexão de conversores a

microrredes

Aluno: Everton Peres Correa Professor: Marcello Mezaroba

Semestre:2016/01 Disciplina: Estudo dirigido

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Tópicos Apresentados

• Introdução ;

• Controle por inclinação;

• Compartilhamento de carga ;

• Ajuste dos coeficientes de inclinação ;

• Sistema Teste e projeto;

• Estratégia de controle ;

• Simulação;

• Conclusão.

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Introdução - Microrredes

• Microrrede: Sistema composto por um conjunto de cargas, geração, armazenamento, e sistema de monitoramento e controle em baixa ou média tensão em uma área pré-determinada .

• Solução para integração de GD ao SEP;

• VSI’s.

3

Introdução –Classe dos conversores

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• Predominante;

• Rastreamento de máxima potência

• Não opera de forma autônoma

• Operação em modo ilhado;

• Serve de referência para grid-feeding

• Opera de forma autônoma

• Regula a tensão e a frequência

• Auxilia nos momentos de transição de

modos

Introdução- Técnicas de Controle

• Controles de malhas internas:

-Controle de tensão

-Controle de corrente

• Referência: abc, dq, αβ

• Tipos de controladores:

-Mais utilizados: PID, PR;

-Estudados: Preditivo, Deabeat, LQG/LQR, H , Repetitivo, neuro-fuzzy, Multivariável.

• Paralelismo e compartilhamento de carga

-Mestre-escravo: Um conversor grid-forming e vários conversores grid-feeding;

-Controle por inclinação, ou decaimento;

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Controle por inclinação

• Provem da ideia do comportamento de maquinas síncronas no SEP

6

2

1 2 2 1 2cos cosVV V VV

P sen senZ Z Z

2

1 2 2 1 2cos sen cosVV V VV

Q senZ Z Z

Redes indutivas (MT e AT) Redes resistivas (BT) 1 2VV

PZ

11 2

VQ V V

Z

( )o om P P

( )o oE E n Q Q

Redes com qualquer característica

11 2

VP V V

R

1 2VVQ

R

( )o oE E m P P

( )o on Q Q

1 2

2

1 2 2

cos

cos sencos

'[R( )]

'

VVsen

P sen Z

Q VV V

Z Z

P P

Q Q

( ) cos Qo o om sen P P m Q

cos ( ) (Q )o o oE E n P P n sen Q

Compartilhamento de carga

A potência fornecida por cada conversor a carga possui alta sensibilidade a impedância dos condutores de conexão , assim causando problemas como:

-Instabilidade

-Desbalanço no sistema

• A implementação de impedância virtual por sua vez permite contornar esses problemas;

• A desvantagem da impedância virtual é o aumento do erro;

• Pode ser projetada para correção de distorções harmônicas.

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* ( )ref o v ov v Z s i

Ajuste dos coeficientes de inclinação

• Ajuste da forma clássica leva em consideração os limites da variações da tensão e da frequência e a potência máxima de operação do conversor.

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max min

max

mP

max min

max

E En

Q

max min

max

E Em

P

max min

max

nQ

• Desvantagem da forma clássica: a estabilidade não é levada em consideração;

• Ajuste através da análise de pequenos sinais são mais eficientes no entanto mais complexos.

Redes indutivas Redes resistivas

Sistema teste

• 1ª manobra conexão do conversores a rede ;

• 2ª manobra desconexão da rede.

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Carga R Rede CA

VSI 1 VSI 2

Impedância

virtural

Malha de

Tensão

Cálculo de

potência

Controle por

inclinação

Geração de

Referência

PWM

PLL

Impedância

virtural

Malha de

Tensão

Cálculo de

potência

Controle por

inclinação

Geração de

Referência

PWM

i1 abcv1 abci2 abc v2 abcVcc/2

Vcc/2

Vcc/2

Vcc/2

La

La

Lb

Lc

La

Lb

Lc

Ca Cb Cc Cc Cb Ca

Relé 1 Relé 2

Relé 3

Estratégia de controle

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Gvda(s)KPWMaCva(s)

Hv(s)

da

+_

varef va_

ia Zva(s)Hv(s)

Gvdb(s)KPWMbCvb(s)

Hv(s)

da

+_

vbref vb_

ib Zvb(s)Hv(s)

Gvdc(s)KPWMcCvc(s)

Hv(s)

da

+_

vcref vc_

ic Zvc(s)Hv(s)

Esen(ωt)

++

++

-m

n

-

+

-+

P&Q

ω0

E0

P

Q0

Q

P0

va

vb

vc

ia

ib

ic

varef

vbref

vcref

ω

E

Malhas internas das tensões

Critérios para malha de controle:

• Erro estático nulo;

• MF entre 30º e 150° • fc<fs/4

• Inclinação de -20dB/dec em fc

Malha do controle por inclinação

• Será realizado através do ajuste

clássica

Especificações para o projeto

Parâmetros Valores

Tensão eficaz de fase, Vf 220V

Frequência de rede, f 60 Hz

Resistência de linha, Rg 95,5 Mω

Indutância de linha, Lg 166,8 µH

Potência da Carga, Sc 20KVA

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Tabela 1- Especificações do sistema teste.

Parâmetros Valores

Tensão total de barramento CC,Vb 800 V

Potência processada pelo conversor, S 30Kva

Frequência de comutação dos interruptores, fs 20kHz

Frequência de ressonância do filtro LC, fr 1 kHz

Ondulação de corrente no indutor, ΔIL% 30%

Ganho do sensor de tensão, Hv 1/(√2Vf) 1/V

Ganho do sensor de corre,te Hi 1/(√2Io) 1/A

Tabela 2- Especificações dos conversores.

Projeto do filtro de saída dos

conversores

• Definição do filtro LC com 30 % de ondulação de correte no indutor e frequência de corte de fr=1kHz

• Indutância mínima do filtro:

• Capacitância mínima do fitro:

12

3

800 733,33 H

4 4 0,3 45,45 20 10

b

f

L f s

VL

I I f

2 2 3

1 1 34,5 F

(2 ) (2 60) 733,33 10f

f

Cf L

Projeto do controle de tensão

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-150

-100

-50

0

50

100

150

Ganh

o (

dB

)

102

103

104

105

-180

-135

-90

-45

0

45

90F

ase

(°)

Frequência (Hz)

Gvd

(s)HvK

PWM

Cvd

(s)

FTMAv

3,5 kHz

70,7°

2 2

3

224,59 1

/ 20

pwm v b

cc pcc

d

cn cK H VK

pK =2 K 27,46n d

2 51,81 10i n dK K

2

(s)(s )

p i

d d

v d p

p

K Ks s

K KC K

s

2

1/ 2

(s)1 12

ccf f

vd

c f f f

VL C

Gs s

R C L C

Planta da tensão:

Controle da tensão:

onde,

Projeto do controle por inclinação

• Verificando a relação X/R dos agentes de impedância da rede:

• Adicionando um impedância de 0,5 Ω resistiva para garantir as regras de inclinação

• Considera-se uma variação de 10% na tensão 1 Hz na frequência

14

6

3

2 .f 2 27,8 10 .600,66

95,5 10

g

g

LX

R R

6

3

2 .f 2 27,8 10 .600,106

( ) (95,5 10 +0,5);

g

g v

LX

R R Z

4

3

max

2 2 0,05 220 -5.18 10 / W

30 10

eficazVm V

P

4

3

max

2 2 0,5 /1,05 10var30 10

f rad snQ

Resultados obtidos de simulação

15

0.08 0.085 0.09 0.095 0.1Time (s)

0

-200

-400

200

400

Va_VSI1 Va_PAC sinal_rele

0 0.1 0.2 0.3 0.4Time (s)

0

-200

-400

200

400

Va?_VSI1

Tensão do VSI1 e do PAC no

momento da conexão. • Baixo erro ; • Alteração não muito

significativa na tensão do PAC quando VSI esta conectado .

Tensão do VSI 1 durante as

manobras de conexão e

ilhamento do sistema .

• Ao isolar o sistema(0,3s), o

novo ponto de equilíbrio é 202V.

Resultados obtidos de simulação

16

0 0.1 0.2 0.3 0.4Time (s)

0

-20

-40

20

40

Ia?_VSI1 Ib?_VSI1 Ic?_VSI1

0 0.1 0.2 0.3 0.4Time (s)

0K

-5K

5K

10K

15K

P_VSI1 Q_VSI1 P_VSI2 Q_VSI2

Correntes de fase do VSI 1

durante as manobras realizadas • O pico de corrente durante a

conexão dos conversores é limitada pela impedância virtual.

Potência dos conversores

VSI 1 e VSI 2 • A potências fornecidas pelos

conversores são identicas; • Não há processamento de

potência reativa devido a característica da carga ser resistiva .

Resultados obtidos de simulação

17

300302304306308310312

E

0 0.1 0.2 0.3 0.4Time (s)

59.9560

60.0560.1

60.1560.2

60.25F

• Não há erro na frequência devido os conversores não

• processarem potência reativa

Referências de tensão e de frequência durante o processo

Resultados obtidos de simulação

18

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6Time (s)

0K

-5K

5K

10K

15K

P_VSI1 Q_VSI1 P_VSI2 Q_VSI2

300302304306308310312

E_VSI1 E_VSI2

0 0.1 0.2 0.3 0.4Time (s)

59.9560

60.0560.1

60.1560.2

60.25F_VSI1 F_VSI2

Pontos de equilíbrio

com alteração na

impedância virtual no

VSI 2 (0,7 Ω)

• O VSI 2 fica com

uma parcela de

participação menor

no compartilhamento

de carga

Conclusão

• O controle por inclinação mostra-se um técnica interessa para aplicações de microrredes, paralelismo de conversores, compartilhamento de carga e durante a transição do modo de operação conectado a rede para o isolado;

• A metodologia para determinar os coeficientes e a impedância virtual deve ser aprimorada de modo que vise menores erros e a estabilidade ;

• A Técnica de controle por inclinação ofereceu flexibilidade aos conversores e permitindo com que sistema de microrredes possam ser integrados ao SEP de forma mais simples e eficaz;

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