impedˆancia de linha complexa e o interesse em controlar a potˆencia ativa, que melhor atende ´e o usando as equa¸c˜oes de decaimento indutivo. Ambos os m´etodos de controle de droop foram investigados inclusive uma condi¸c˜ao de particular em que o paralelismo das unidades foi avaliado sem a a¸c˜ao de nenhum droop.
Atrav´es das derivadas parciais foi poss´ıvel esclarecer as rela¸c˜oes de acoplamento entre as vari´aveis de controle e os fluxos de potˆencia ativa e reativa.
Um m´etodo para permitir o acoplamento de novas unidades ao barramento comum ´e desenvolvido sobre o conceito de um fator de amortecimento, que percebe as varia¸c˜oes r´apidas de tens˜ao e corrente.
Uma nova estrat´egia de prote¸c˜ao de sobrecorrente usando uma malha de controle ´e apresentada, mostrando resultados de efetividade e flexibilidade para a opera¸c˜ao. Essa malha de prote¸c˜ao ´e importante pois a malha de controle de corrente n˜ao possui um elemento de satura¸c˜ao ou limita¸c˜ao de corrente para essa fun¸c˜ao. Com essa malha de controle inclusive ´e poss´ıvel alterar a l´ogica de participa¸c˜ao das unidades de gera¸c˜ao na distribui¸c˜ao das cargas.
O estudo e compara¸c˜ao de m´etodos de controle auxiliar´a na escolha de um adequado m´etodo para implementar a unidade de interface e integra¸c˜ao com a rede. A determina¸c˜ao de um caso modelo auxilia no entendimento da solu¸c˜ao, exemplifica uma aplica¸c˜ao t´ıpica e norteia a escolha e determina¸c˜ao de parˆametros para projeto. De maneira geral, pretende- se deixar registrado todas as informa¸c˜oes t´ecnicas levantadas no estudo desse tipo de solu¸c˜ao.
1.6
Organiza¸c˜ao e estrutura¸c˜ao da tese
O texto desta tese est´a organizado em seis cap´ıtulos, sendo que os cap´ıtulos descrevem o assunto da seguinte forma:
O Cap´ıtulo 1, que ´e este pr´oprio, apresenta o tema da pesquisa, caracteriza o pro- blema e apresenta os objetivos gerais e espec´ıficos. S˜ao descritos tamb´em os pontos que motivaram a pesquisa, as contribui¸c˜oes e como o texto est´a organizado e estruturado.
No Cap´ıtulo 2 apresenta-se a microgrid. Destaca-se algumas partes da sua estrutura, como, por exemplo, alguns tipos de fontes renov´aveis de energia, dispositivos de convers˜ao, configura¸c˜ao de conversores e carga. Apresenta-se uma vis˜ao da abrangˆencia da MG,
8 Cap´ıtulo 1. Introdu¸c˜ao
assim como a sua hierarquia de controle. Tamb´em s˜ao discutidos o ambiente de inser¸c˜ao, a opera¸c˜ao e os desafios tecnol´ogicos da microgrid.
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E feita uma revis˜ao bibliogr´afica sobre as t´ecnicas de implementa¸c˜ao de uma MG no Cap´ıtulo 3. Nesse cap´ıtulo, apresenta-se algumas t´ecnicas para conectar inversores em paralelo, tendo como referˆencia apenas as informa¸c˜oes locais, de maneira que se tenha a correta distribui¸c˜ao de carga entre as unidades. Deduz-se as equa¸c˜oes dos fluxos de potˆencia e faz-se uma an´alise de sensibilidade para identificar os acoplamentos entre as grandezas potˆencias ativa e reativa com as vari´aveis de controle, amplitude e frequˆencia da tens˜ao de sa´ıda. Verifica-se o n´ıvel de controle prim´ario atrav´es de simula¸c˜ao e s˜ao investigados e comparados alguns m´etodos de controle. Os resultados obtidos s˜ao com- parados para v´arios tipos de cargas. Com base nesses resultados e no grau de dificuldade de implementa¸c˜ao um m´etodo de controle ´e escolhido.
No Cap´ıtulo4, ap´os discuss˜ao de qual condi¸c˜ao representaria uma aplica¸c˜ao t´ıpica para a microgrid, estabelece-se um caso modelo. Com base na determina¸c˜ao dos parˆametros iniciais do caso modelo, da nova revis˜ao do documento Prodist [4] e de pesquisa e leitura de alguns documentos relacionados de uma companhia de energia el´etrica, faz-se um con- fronto de informa¸c˜oes de forma a estabelecer as condi¸c˜oes mais relevantes para o projeto. Ap´os defini¸c˜ao dos parˆametros, m´etodos de controle usando componentes sim´etricas e transforma¸c˜oes do sistema el´etrico s˜ao discutidos. Mudan¸cas no controle j´a testado s˜ao investigadas, a fim de avaliar o ganho que essas podem trazer. Testou-se v´arias condi¸c˜oes de opera¸c˜ao e carga visando validar o controle implementado.
Um m´etodo de prote¸c˜ao da microgrid e um estudo sobre sincronismo e sua importˆancia ´e realizado no Cap´ıtulo5. ´E proposto um novo m´etodo para limitar a corrente na MG. A inten¸c˜ao da proposta n˜ao ´e substituir os dispositivos de prote¸c˜ao necess´arios para proteger a unidade e a rede, mas sim oferecer, atrav´es de uma malha de controle, a possibilidade de limitar a corrente fornecida pelas unidades. Um estudo de pequenos sinais juntamente com a simula¸c˜ao de v´arias condi¸c˜oes de opera¸c˜ao para validar a proposta s˜ao feitos. As t´ecnicas de sincroniza¸c˜ao em malha aberta e fechada s˜ao discutidas. Para a opera¸c˜ao ilhada e conectada `a rede o m´etodo de sincronismo ´e desenvolvido e investigado.
Ap´os doutorado sandu´ıche realizado no Canad´a na Concordia University, o sistema de controle simulado foi implementado usando unidades de convers˜ao da Semikron e o sistema flex´ıvel de prototipa¸c˜ao conhecido como dSPACE apresentados no Cap´ıtulo 6.
1.6. Organiza¸c˜ao e estrutura¸c˜ao da tese 9
Todo o sistema de controle foi implementado em uma ´unica unidade de controle integrada com a placa controladora modelo DS1103. V´arias etapas de desenvolvimento do hardware foram necess´arias at´e chegar ao funcionamento completo de todo o sistema, em fun¸c˜ao dos v´arios ajustes e investiga¸c˜oes feitos.
Por fim, o Cap´ıtulo7traz as conclus˜oes gerais, produ¸c˜oes cient´ıficas e as propostas de continuidade deste trabalho.
Cap´ıtulo
2
Defini¸c˜ao e caracteriza¸c˜ao de uma
Microgrid
Este cap´ıtulo define e caracteriza o sistema conhecido como microrrede ou microgrid. Destaca-se as suas partes principais, as formas de opera¸c˜ao, os tipos mais comuns de carga e os m´etodos e a hierarquia de controle empregados.
2.1
Uma defini¸c˜ao para microgrid
Uma microgrid tem o papel de capturar o potencial emergente das pequenas fontes distribu´ıdas de energia, prover a integra¸c˜ao com o SEP no Ponto Comum de Conex˜ao (PCC) para troca de energia, alimentar as cargas locais ou cr´ıticas se houverem e manter a unidade de armazenamento carregada. Uma MG deve possuir um sistema de controle que permita em qualquer momento se desconectar da rede el´etrica, em caso de algum dist´urbio, ou se ressincronizar e voltar a se conectar a esta sem observar nenhuma interrup¸c˜ao `as cargas. ´E importante na implementa¸c˜ao do controle que as suas a¸c˜oes sejam tomadas com base somente nas informa¸c˜oes locais. Um motivo ´e que seria invi´avel e inseguro, no primeiro momento, um sistema de controle local que dependesse de informa¸c˜oes do sistema para correta opera¸c˜ao. Embora seja poss´ıvel um canal de comunica¸c˜ao local entre as unidades. Outros n´ıveis de controle, que ser˜ao explicados em se¸c˜oes seguintes, podem ser implementados fazendo uso de canais de comunica¸c˜ao com o sistema el´etrico. O que separa a ´area dita local da MG do SEP ´e uma chave est´atica de transferˆencia (CST). Essa chave conecta a MG ao PCC. A Figura 2.1 mostra a estrutura b´asica de uma MG.
12 Cap´ıtulo 2. Defini¸c˜ao e caracteriza¸c˜ao de uma Microgrid
Figura 2.1 – Diagrama b´asico de uma Microgrid com diferentes microfontes renov´aveis.
Cada uma das unidades de gera¸c˜ao precisa de atuar como se fosse uma unidade plug- in-play, ou seja, as unidades podem ser conectadas ou retiradas de qualquer ponto da rede el´etrica sem interromper o abastecimento das cargas e sem a perturbar. Isso sugere um projeto modularizado para cada unidade. Assim, ´e preciso desenvolver um bloco de controle que permita esse tipo de opera¸c˜ao de forma confi´avel e segura.
Em Eto et al. [5], o conceito chave adotado inclui controladores baseados somente em informa¸c˜oes locais, isso significa que n˜ao h´a um canal de comunica¸c˜ao com o sistema el´e- trico, mas pode haver um canal de comunica¸c˜ao entre as unidades de microgera¸c˜ao. Esses controladores permitem r´apido atracamento de carga e o uso do m´etodo do decaimento de tens˜ao e frequˆencia (voltage and frequency droop) para assegurar o compartilhamento de cargas entre as microfontes [6]. Os trˆes componentes principais do conceito de micro- grid segundo Lasseter and Piagi [7] s˜ao: as microfontes, a chave est´atica (ou conversor de potˆencia) e as cargas.
V´arios trabalhos tˆem abordado as tecnologias para emprego das MGs [5, 8, 9]. O ponto mais importante ´e o desenvolvimento de um m´odulo de controle autˆonomo, flex´ıvel, seguro e que seja vi´avel economicamente.