Segundo Zhong e Weiss (2011), uma MSV difere de um CS por se comportar como uma fonte de corrente e por oferecer apenas caraterísticas de amortecimento e inércia virtual à rede. As vantagens em utilizar o modelo de MSV são: alto fator de inércia ofe- recida aos conversores, modelos de implementação simples, eliminação do uso de PLL em operações estáveis e operação em modo ilhado e conectado à rede (CHEN; XU; HU- ANG, 2017). Atualmente, os estudos para operações paralelas de fontes de geração estão focando em métodos mais eficientes e seguros para manter a estabilidade e continuidade do sistema. Chen, Xu e Huang (2017) propuseram uma estrutura paralela composta por uma rede CC e uma rede CA, modelando uma MSV para garantir a conexão e a esta- bilidade da rede CC no sistema CA. O Sistema proposto por Chen, Xu e Huang (2017) inclui regulação de frequência, controle por decaimento e sistemas estabilizadores de po- tência (PSS, do inglês, Power System Stabilizer). Os autores utilizaram uma plataforma comercial para aferir o modelo proposto executando cinco casos com diferentes modos de operação: modo ilhado, alteração do fator de amortecimento, variações de tensão e frequência da rede e variação da potência gerada. Em ambos os casos os resultados foram comparados com os modelos convencionais de MSV e apresentaram melhor desempe- nho quanto a estabilidade, amortecimentos a variações e conexões e desconexões com a rede. No entanto, ao conectar uma carga, sem utilizar o PSS, o sistema não ofereceu estabilidade e o desempenho de tensão e frequência decaiu gradativamente. Além do que, a carga conectada ao sistema era sempre mínima quando comparada com a potência da fonte, e em sistemas reais cargas minimas nem sempre são uma realidade. Chen, Xu e Huang (2017) não apresentaram resultados para o sistema isolado operando sem carga, já que sistemas renováveis apresentam características intermitentes de potência dificultando sua operação no modo isolado. Contudo, as características de inércia e estabilidade são fielmente demonstradas e comprovadas por Chen, Xu e Huang (2017).
Embora as utilizações de MSV tenham larga aplicação em sistemas trifásicos, é pos- sível também a implementação em sistemas monofásicos, mini sistemas domésticos (apa- relhos, baterias, etc) e carros elétricos (YILMAZ; KREIN, 2013). Suul, D’Arco e Guidi (2016) propuseram a implementação de um sistema monofásico bidirecional para carga e descarga de baterias utilizadas em carros elétricos. A estratégia é composta por três malhas de controle se dividindo em impedância virtual, controle de tensão e controle de corrente. Estruturas de controle por decaimento foram utilizadas e realizados testes de operação nos seguintes casos: variação de frequência, variação de potência e modo ilhado. Suul, D’Arco e Guidi (2016) utilizaram uma plataforma experimental de conexão
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CA/CC composta por uma fonte CA com tensão de 230 V(rms) e 3,3 kVA. Para oscilações de potência e frequência, o sistema apresentou resultados com variações em torno 2 V da tensão CC entregue à bateria oferecendo características de inércia e atrito ao barramento CC de conexão. Contudo, para rápidos modos de ilhamento o método proposto apresen- tou altas oscilações de frequência e decaimentos na tensão da bateria podendo acarretar um desgaste na vida útil da mesma.
Os sistemas de geração renováveis e os sistemas de armazenamento exercem função de auxilio mútuo, ou seja, o sistema renovável carrega o sistema de armazenamento e este fica responsável por inserir potência e, quando necessário, auxilar na estabilidade do con- junto. L. et al. (2014) propuseram uma estrutura variável de MSV aplicada a um gerador a gás e um sistema de armazenamento. A estrutura proposta atua com uma auto regulação de parâmetros da MSV implementada mediante uma variação de carga. O método tem por objetivo manter a carga da bateria em condições ideais e reduzir oscilações do sistema mantendo estáveis os valores de tensão e de frequência no PAC. O algoritmo de auto re- gulação proposto por L. et al. (2014) toma como base a variação de frequência no PAC para alterar o fator de amortecimento imposto na estrutura de MSV implementada. A me- todologia proposta foi avaliada em uma estrutura composta por um gerador a diesel de 38 kVA e 60 Hz, um gerador eólico de 50 kVA e uma frequência de tolerância para o sistema de 0,3 Hz. Dada uma variação de carga, o método proposto L. et al. (2014) apresentou um grau de estabilização cerca de 2,4 vezes mais rápido que o método sem o ajuste de auto regulação. A estratégia, sem a auto regulação, apresentou um decaimento de frequência de aproximadamente 0,6 Hz, enquanto que o método com regulação apresentou um decai- mento de aproximadamente 0,35 Hz. Ao conectar o sistema eólico e mantendo uma carga de 20 kW a auto regulação atuou, mantendo uma oscilação de frequência dentro do valor de tolerância especificado. Dessa forma, com base nos resultados experimentais, torna-se perceptível que a estratégia proposta foi capaz de regular frequência mediante variações de carga e inserção de outras fontes.
Na literatura, os modelos mais utilizados para emular uma MSV são constituídos por um modelo de 2a ordem referente a equação mecânica de uma máquina elétrica (D’ARCO; SUUL, 2014b), (D’ARCO; SUUL; FOSSO, 2015). Aplicações para modelos superiores ao de 2a ordem são proposto por Soni, Doolla e Chandorkar (2016) e Wang, Hu e Yuan (2015). Wang, Hu e Yuan (2015) apresentaram uma MSV baseada no controle de uma turbina eólica constituída por um gerador DFIG para oferecer contribuições de inércia a uma rede CA mediante a ocorrência de curto-circuitos. Os autores utilizam um sistema de simulação com potência 1,5 MW, tensão CC de 1150 V e frequência de 50 Hz. O resultados apresentaram um amortecimento na oscilação de frequência ao elevar o fator
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de amortecimento imposto virtualmente no gerador DFIG, além de reduzir as variações de potência ativa entregue pelo gerador. No entanto, o modelo proposto por Wang, Hu e Yuan (2015) não apresenta proteção para sobre corrente. O trabalho proposto por Soni, Doolla e Chandorkar (2016) caracteriza a conexão de fontes paralelas utilizando mode- los de alta ordem. No entanto, este modelo faz uso constante das medições de tensão para cada rede conectada e em um desbalanceamento de tensão, o autor não explicita ou apresenta maneiras para manter a estabilidade.
Alsiraji e El-Shatshat (2017) propõem uma comparação dos métodos MSV quanto a ordem da equação mecânica que modela o comportamento de uma máquina elétrica. Os modelos são simulados no Software PSCAD (do inglês, Power Systems Computer Aided Design) apresentando resultados de distorção harmônica a variações de carga no PAC. Os resultados referentes a potência ativa e frequência utilizando um modelo de alta ordem (superior ao de 2aordem) não apresentaram modificações acentuadas quando comparados com o modelo de 2a, apresentando uma pequena redução na oscilação, enquanto que a distorção harmônica foi bastante atenuada, cerca de 2 vezes quando comparada ao modelo de 2a ordem. Além disso, durante uma falta, o modelo de 2a ordem se manteve estável, enquanto que o modelo de alta ordem apresentou instabilidade. De acordo com os autores, um modelo de 2a ordem se torna mais robusto do que um modelo de alta ordem por oferecer maior grau estabilidade, amortecimento e auto balaço de potência.
Usualmente, os métodos de emulação de MSV são abordados considerando uma rede elétrica ideal, sem flutuações e/ou desbalanceamento das tensões no PAC. Essas caracte- rísticas melhoram os resultados, contudo, em alguns casos, os métodos de MSV apresen- tam comportamento adverso quando são empregados os valores reais de uma rede elétrica. Por sua vez, os desbalanceamento de tensão resultam em componentes de sequência ne- gativa que impactam diretamente na oscilação da potência ativa, assim como a reativa no PAC. Tendo em vista as características previamente citadas e o surgimentos das compo- nentes de sequência negativa, Zheng et al. (2018) propuseram um estratégia de controle em cascata que prioriza o controle das componentes de sequência negativa. O esquema de controle é feito em cascata e subdivido em três malhas de controle, ou seja, potência, corrente e tensão. Os autores validam experimentalmente o método em uma estrutura composta por uma fonte CC, um conversor e um filtro LC para representar um sistema fotovoltaico. O sistema experimental tem uma capacidade de 15 KW e 5 KVAr. São analisados dois casos distintos: 1) desbalanceamento da fase a; 2) desbalanceamento das fases a e b. No caso 1, o método proposto reduziu o desbalanceamento de corrente de 30% para 5%. A flutuação de potência entre 100 W e 350 W foi reduzida para 190 e 210 W. A potência reativa teve o comportamento similar à potência ativa. No caso 2, o
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sistema se comportou de forma esperada não apresentando similarmente ao caso 1. Dife- rente dos sistemas fotovoltaicos, o sistema foi validado por meio de uma fonte de tensão com condições ideais da fonte primária. Dessa forma, torna-se necessário analisar o mé- todo à diferente níveis de penetração, uma vez que o nível de potência da fonte primária influência diretamente no comportamento da potência ativa e reativa do PAC.