Control of AC/DC microgrids with renewables in the context of smart grids including ancillary services and electric mobility - PEREZ, Filipe (2020)
As Microrredes são uma ótima solução para os problemas atuais gerados pelo constante crescimento da demanda de carga e alta penetração de fontes de energia renováveis, que resulta na modernização da rede através do conceito “Smart-Grids”. O impacto das fontes de energia distribuídas baseados em eletrônica de potência é uma preocupação importante para o sistemas de potência, onde a regulação natural da frequência do sistema é prejudicada devido à redução da inércia. Nesse contexto, as redes de corrente contínua (CC) são consideradas um progresso, já que a natureza CC dos dispositivos eletrônicos traz vantagens tecnológicas e econômicas em comparação com a corrente alternada (CA). A tese propõe o controle de uma Microrrede híbrida CA/CC para integrar diferentes fontes renováveis, incluindo geração solar e frenagem regenerativa de trens, sistemas de armazenamento de energia como baterias e supercapacitores e cargas como veículos elétricos ou outras (CA ou CC) para confiabilidade da operação e estabilidade. A regulação das tensões dos barramentos da Microrrede e a prestação de serviços anciliares são garantidas pela estratégia de controle proposta, onde é realizado um rigoroso estudo de estabilidade. Um controlador não linear distribuído de baixo nível, baseado na abordagem “System-of-Systems”, é desenvolvido para a operação adequada de toda a rede elétrica. Um supercapacitor é aplicado para lidar com os transitórios, equilibrando o barramento CC da Microrrede, absorvendo a energia injetada por fontes de energia intermitentes e possivelmente fortes como recuperação de energia da frenagem de trens e metrôs, enquanto a bateria realiza o fluxo de potência a longo prazo. O controle por dynamical feedback baseado numa análise de singular perturbation é desenvolvido para o supercapacitor e o trem. Funções de Lyapunov são construídas considerando os dispositivos interconectados da Microrrede para garantir a estabilidade de todo o sistema. As simulações destacam o desempenho do controle proposto com testes de robustez paramétricos e uma comparação com o controlador linear tradicional. O esquema de máquina síncrona virtual (VSM) é implementado na Microrrede para compartilhamento de potência e melhoria da estabilidade de frequência. Então é proposto o uso de inércia virtual adaptativa, no qual a constante de inércia se torna variável de estado do sistema, projetada para melhorar a estabilidade da frequência e prover suporte inercial. Portanto, o VSM realiza a conexão entre lado CC e CA da Microrrede, onde a energia disponível na rede CC é usada para prestar serviços anciliares no lado CA da Microrrede. Os resultados da simulação mostram a eficácia da inércia adaptativa proposta, sendo realizada uma comparação entre o controle droop e outras técnicas de controle convencionais.