De maneira geral, os principais objetivos de controle em uma MDCC são: regulação de tensão no barramento c.c., gerenciamento do fluxo de potência e, compensação de harmônicos e de potência reativa no ponto de conexão à rede c.a. Laudani (2017). Segundo Meng et al. (2017), o controle e o gerenciamento de uma minirrede estão associados a múltiplos objetivos que estão relacionados a diversas áreas técnicas, escalas de tempo e níveis físicos. A proposta de um esquema de controle hierárquico multinível é amplamente aceita como solução padrão para alcançar de maneira ótima e eficiente os diversos objetivos associados à operação de uma minirrede Meng et al. (2017). O mesmo esquema de controle hierárquico pode ser aplicado no controle de MDCC, conforme apresentado na Figura 1.9.
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Figura 1.9 – Esquema de controle hierárquico em uma MDCC.
Fonte: adaptado de Meng et al. (2017).
O nível primário está associado ao controle local de tensão e corrente, ou seja, está implementado de maneira individual em cada conversor de geração distribuída acoplado ao sistema. Este controle tem o objetivo de regular tensão e/ou corrente dos conversores conforme o ponto de operação fornecido pelos níveis superiores.
O nível secundário é responsável pela operação ao nível de sistema, como controle da qualidade de energia, conexão com a rede c.a. ou a outra MDCC, controle de fluxo de potência e coordenação da geração entre as fontes distribuídas.
O nível terciário está relacionado a otimização, gerenciamento e regulação do sistema ao nível geral; por exemplo, utilização de dados de previsão do tempo para cálculo do despacho ótimo entre as diferentes fontes do sistema considerando intervalos de horas ou dias.
Ainda segundo Meng et al. (2017), considerando o sistema hierárquico de três níveis em uma MDCC, pode-se implementar este controle por meio de quatro estruturas diferentes: centralizado, descentralizado, distribuído e hierárquico. A Figura 1.10 ilustra estas quatro estruturas de controle no contexto de uma MDCC. A escolha de qual estrutura será utilizada depende de fatores como: o tipo de aplicação (residencial, campus universitário, comercial, etc.), localização, tamanho, tipo de propriedade, dentre outros.
Operador do Sistema
Nível Terciário
Nível Secundário
Nível Primário
MDCC
Supervisão Observação Previsão
Tomada de decisão
Controle de QEE Controle de Fluxo de potência Controle de Sincronização Coordenação
Supervisão local
Cont role de tensão e
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Figura 1.10 – Estruturas básicas de controle: (a) centralizado; (b) descentralizado; (c) distribuído e (d) hierárquico. Controlador Controladores Sistema Sistema Sistema Sistema
Controladores Con trola dores
Locais Comunica ção Comunicação
Controlador de nível superior
Conv 1 Conv 2 Conv 3 Conv 1 Conv 2 Conv 3 Conv 1 Conv 2 Conv 3 Conv 1 Conv 2 Conv 3
Fonte: adaptado de Meng et al. (2017).
No controle centralizado, o processamento de dados de todos os componentes da MDCC é realizado em um único controlador central, que recebe dados de todas as variáveis pertinentes, tendo elevada observabilidade e controlabilidade do sistema como um todo, além de ser mais simples sua implementação. Entretanto, se a unidade de controle central falhar, todo o sistema entra em colapso, causando a perda de funções essenciais. Além disso, este tipo de estrutura tem pouca flexibilidade e pequena capacidade de expansão. Por exemplo, a inclusão de uma nova fonte de geração distribuída requer reconfiguração do controlador central, o que pode acarretar interrupções no funcionamento da MDCC. Este tipo de configuração é mais comum em sistemas pequenos, que apresentem um número reduzido de variáveis de controle, e com as fontes fisicamente próximas.
Em um método descentralizado de controle, o controlador de cada fonte do sistema atua apenas com dados locais, sem necessidade de comunicação com outros controladores. Dessa forma, a observabilidade e a controlabilidade do sistema são reduzidas, limitando o alcance de ações de controle mais elaboradas ao nível de sistema. Contudo, esta configuração apresenta maior flexibilidade na distribuição geográfica da rede e menor necessidade de poder computacional, bem como não necessita de infraestrutura de comunicação de larga banda de dados. Um exemplo típico de metodologia descentralizada é o uso de controle por curvas de droop, que é capaz de ratear a potência entregue por cada GD em uma MDCC.
22 As estruturas distribuída e hierárquica são baseadas na comunicação entre os diversos controladores dos conversores em um sistema. A estrutura distribuída prevê o compartilhamento de variáveis de interesse entre os controladores, de modo que as ações de controle em cada conversor podem ser baseadas em dados locais e do sistema como um todo, facilitando a tomada de ações coordenadas entre os controladores. Além disso, ao contrário da estrutura centralizada, a perda de um controlador representa um impacto menor para a MDCC como um todo.
Apesar das vantagens associadas ao método distribuído, sistemas mais complexos e que requerem maior inteligência e poder computacional podem ser inviáveis sem a presença de um controlador central. Neste sentido, o método hierárquico prevê a comunicação de controladores locais com um controlador central, de modo que as funções de nível primário (por exemplo, regulação de tensão) são realizadas localmente, e as funções de nível secundário e terciário são feitas pelo controlador central. Este tipo de método vem se tornando padrão no controle de minirredes.
A NDCC instalada no GEDAE não conta com nenhuma estratégia de controle ativo de tensão e potência no barramento c.c. principal, sendo a tensão do barramento função das tensões nos bancos de baterias e das correntes demandadas pelas cargas do sistema. A simplicidade do sistema implementado limita a adoção de estratégias de controle e gerenciamento de energia no sistema, mas garante o atendimento às cargas.