Controle cooperativo de conversores distribuídos para o aprimoramento da qualidade de energia elétrica em microrredes isoladas - Rodrigues, Diego Tardivo (2022)
Microrredes trifásicas a 4-fios apresentam grandes desafios de operação uma vez que podem se tornar desbalanceadas, com a presença de componentes de sequência negativa e zero na tensão e na corrente. Quando estas microrredes operam de forma isolada, os desequilíbrios bem como a distorções harmônicas produzidas por cargas não lineares e desbalanceadas podem afetar a qualidade da energia e a estabilidade de operação do sistema. Adicionalmente, evitar uma possível sobrecarga de uma unidade geradora, proporcionado pela distribuição de cargas na microrrede bem como diferentes impedâncias de linha entre barramentos, tem sido atualmente um desafio. Logo a presente tese propõe contribuições focadas no compartilhamento de potência ativa, reativa, harmônicos e desequilíbrios em uma microrrede (MR) trifásica a 4-fios quando operada em modo ilhado. Os controladores são desenvolvidos para compartilhar proporcionalmente essas potências entre as unidades de geração distribuída (GD), com base no algoritmo consensus agindo de modo distribuído e utilizando o conceito de impedância virtual. Isto deve evitar sobrecarregar as unidades de GD uma vez que o sistema de controle deve garantir um compartilhamento adequado destas potências entre os GDs da MR. Em primeiro momento o trabalho apresenta uma estratégia para o compartilhamento de potências (ativa, reativa, harmônica e desbalanço) na MR, fazendo uso da CPT (do inglês Conservative Power Theory) no domínio das componentes simétricas generalizadas, bem como do algoritmo consensus para geração de impedâncias virtuais. Com esta técnica foi possível obter o desacoplamento dos efeitos das componentes de sequência negativa e zero no compartilhamento da potência de desbalanço o que é demonstrado por meio de uma análise comparativa com a metodologia encontrada na literatura, a qual faz uso da CPT. Na sequência é proposto um novo sistema de controle com foco no compartilhamento de corrente eficaz por fase ao invés do compartilhamento de potências. Este sistema é baseado também no algoritmo de consensus para equalizar o valor eficaz da corrente entre as fases dos GDs na MR isolada a 4-fios contendo cargas desequilibradas e não-lineares. Para fazer isto é utilizado um controle de droop por fase para regular a magnitude da tensão, e o compartilhamento da corrente harmônica é realizado utilizando o conceito de impedância virtual. Adicionalmente o controle proposto garante regulação de tensão, fazendo com que a MR opere no seu valor nominal de tensão. O algoritmo consensus além de propiciar compartilhamento do valor eficaz da corrente, também proporciona o compartilhamento igualitário do valor eficaz da corrente harmônica entre cada fase de cada GD que compõe a MR, bem como garante que a distorção harmônica da tensão no PAC de cada GD permaneça dentro dos limites definidos pelas normas. Resultados de simulações demonstram o funcionamento e a efetividade da estratégia de controle proposta. Por fim é apresentada uma nova proposta (usando o mesmo cenário do sistema estudado no início do trabalho), para que o compartilhamento das potências (ativa, reativa, harmônica e desbalanço) seja realizada por GD monofásicos e trifásicos da MR. Neste caso o droop foi alterado para regular a tensão por fase, bem como o algoritmo consensus e as impedâncias virtuais que também foram ajustadas por fase. Com isso, foi possível que geradores monofásicos ao serem inseridos na MR trifásica de 4-fios possam também compartilhar suas potências, ajudando na operação da MR.