UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ INSTITUTO ... - PPGEE

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Banca Examinadora do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica da UFPA para obtenção do título de Doutor em Engenharia Elétrica na área de Sistemas de Potência. Carlos Tavares da Costa Junior (Avaliador Interno, PPGEE) (Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica - UFPA). Carolina de Mattos Afonso (Avaliadora Interna, PPGEE) (Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica - UPFPA).

Renan Landau Paiva de Medeiros (Avaliador externo) (Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica – UFAM).

RESULTADOS COMPUTACIONAIS E EXPERIMENTAIS

CONCLUSÃO E TRABALHOS FUTUROS 93

Lista de Tabelas

Aumento da imagem do resultado da simulação da tensão de saída do sistema quando submetido à variação de carga. Imagem ampliada de resultados experimentais dentro da faixa de tensão de saída quando o sistema é submetido a variação de carga. Função de custo ISE quando o ponto de operação da tensão muda (a) Simulação e (b) testes experimentais.

Testbed de sistema de microrrede com conversor DC buck alimentado por uma fonte DC simulando um gerador fotovoltaico.

Lista de Abreviações

Lista de Símbolos

Resumo

Abstract

CONTEXTUALIZAÇÃO DO TRABALHO

INTRODUÇÃO

ESTADO DA ARTE

Em (ZHANG et al., página, dados de amostra da saída de controle de realimentação aplicada a um conversor DC-DC foram investigados. SONG et al., página apresenta uma investigação detalhada da regulação do conversor boost DC-DC considerando uma família de incertezas Estrutura reconfigurada de controle ressonante aplicado ao conversor DC-DC foi investigado em (SANTOS CARVALHO et al., p.

Procure sempre minimizar os custos e o impacto na qualidade da energia elétrica (COSTABEBER et al., pág. 696, 2015).

MOTIVAÇÃO DO ESTUDO

Desenvolver uma metodologia de projeto direto para controle robusto digital usando otimização convexa e restrição de esfera de Chebyshev aplicada a um sistema de microrrede CC alimentado por um gerador fotovoltaico. Simular um sistema de microrrede com um conversor DC-DC alimentado por uma fonte DC que mimetiza um sistema fotovoltaico; Além disso, é apresentada a modelagem de um sistema fotovoltaico e de um sistema de microrrede com um conversor CC-CC que altera a carga e é alimentado por uma fonte CC que imita uma fonte fotovoltaica.

Além disso, também é apresentado o projeto de um controlador de microrrede digital RST robusto com um conversor DC-DC buck alimentado por uma fonte DC que imita um gerador fotovoltaico.

MODELAGEM DE UMA MICROREDE CC SENDO ALIMENTADO POR UMA FONTE CC

QUE EMULA O SISTEMA FOTOVOLTAICO

INTRODUÇÃO

PANORAMA GERAL E RELEVANTE DO CONTROLE DO SISTEMA FOTOVOLTAICO

A energia solar fotovoltaica pode ser distribuída de duas formas: autônoma e conectada à rede elétrica (BENALDI et al., 2015). O objetivo do inversor é transformar a energia DC em AC no nível máximo de energia do gerador fotovoltaico e ter a capacidade de desligar para situações de ilhamento do sistema fotovoltaico (BLINOV et al., pág. A literatura fornece a estratégia de modularização de sistemas fotovoltaicos que maximizam a potência instantânea gerada (JOSHI et al., p.

Essa modelagem servirá para representar a equação matemática que reproduzirá o comportamento do gerador fotovoltaico (TUMMURU et al., p. VILLALVA et al., 2010).

CONTROLE ROBUSTO PARAMÉTRICO COM OTIMIZAÇÃO CONVEXA

NORMA E CONJUNTO LIMITADO INCERTO

Para o problema de robustez, consideramos um conjunto limitado a priori Q para um vetor de parâmetros incertos q. Por outro lado, o conjunto Q com esta norma descreve geometricamente uma caixa, devido à incerteza do intervalo em cada parâmetro que está no conjunto Q de raio unitário centrado em q*, é definido por || q − q*|| 1. Para o caso em que o centro está fora da origem, o conjunto esférico fechado de raio unitário e centro q* é descrito pela desigualdade || q − q*||2 1 e é chamada de esfera unitária.

Como exemplo de espaço de estados, temos: Se (q) é uma matriz com entradas que dependem de q, a notação ={A(q):qQ} descreve a família de matrizes resultante.

ESTABILIDADE ROBUSTA COM UM PARÂMETRO

Com a estrutura de robustez definida no conjunto convexo, é necessário analisar a partir de um determinado ponto no plano complexo. Este capítulo enfoca um parâmetro de incerteza paramétrica e fornece duas soluções diferentes para o problema de estabilidade robusta: a solução do gráfico do lugar das raízes e a solução do gráfico de Nyquist. Para o problema de estabilidade D robusto mais geral, os conceitos de extensão do lugar das raízes de Nyquist foram conceituados.

A generalização do conceito de robustez decorre do fato de que a teoria da robustez para estruturas de incerteza independentes leva a resultados conservadores quando aplicada a estruturas de incerteza mais gerais. Nesse sentido, a estrutura de incerteza depende mais diretamente quando o sistema possui coeficientes de dependência linear afim sobre os vetores dos parâmetros de incerteza q. Dentro deste contexto de incerteza linear afim, poltopos de polinômios são objetos naturais para estudar quando a incerteza do conjunto Q é uma caixa.

A estrutura de incerteza linear afim fornece uma série de caminhos que surgem com a estrutura de incerteza linear afim. Em outras palavras, a estrutura de incerteza linear afim é preservada de malha aberta para malha fechada (BARMISH, 1994). Considere uma planta incerta conectada em uma configuração realimentada e assuma que P(s,q) tem uma estrutura de incerteza linear afim.

Com as ferramentas já apresentadas, é fácil mostrar que o problema de robustez é resolvido trabalhando com o conjunto de arestas polinomiais que podem ser identificadas com as arestas de valor definido. A ideia principal é que se pode reduzir um problema com um conjunto de incerteza multidimensional a um problema de parâmetros finitos com soluções disponíveis.

PROJETO DOS CONTROLADORES ROBUSTO PARAMÉTRICO COM OTIMIZAÇÃO CONVEXA

Uma solução simples poderia ser o seguinte conjunto de desigualdades lineares que restringem os coeficientes de um controlador que tem seu polo de malha fechada dentro do espaço da raiz do polinômio de intervalo T(s). Um projeto robusto de controlador digital RST usando otimização convexa (LANDAU & ZITO, 2007), o objetivo fundamental na teoria de controle é fornecer a estabilidade e o desempenho desejados, apesar da variação de incertezas paramétricas e distúrbios. Neste contexto, os ganhos do controlador PI para o projeto desejado são determinados por um algoritmo de otimização convexa.

A técnica de arranjo de pólos será utilizada para projetar um controlador robusto com parâmetros fixos. A Figura 4.1 representa a região viável para determinar os ganhos do controlador que estão nos vértices do politopo, e (kPi, kIi) são os ganhos do controlador dentro e nas bordas da região convexa. De acordo com (KEEL et al., página BHATTACHARYYA et al., 2018) uma função de custo pode ser escolhida; portanto, a função de custo correta é a soma dos parâmetros do controlador visando minimizar os ganhos do controlador e o esforço de controle.

Esta contribuição apresenta uma proposta de estratégias de controle que utilizam a técnica de otimização para o projeto de controladores. Portanto, esta é a proposta feita pelo autor desta tese como uma contribuição para determinar os parâmetros do controlador robusto a ser aplicado no sistema mencionado acima, mas pode ser aplicado a qualquer planta dentro das condições politópicas. A Figura 4.6 fornece um fluxograma simplificado da metodologia de projeto do controlador digital RST para alocação robusta de pólos com base na esfera restrita de Chebyshev em um problema de otimização linear convexa (cf.

Modelo matemático da instalação e requisitos do comportamento em malha fechada do sistema (coeficiente de amortecimento e frequência natural) e modelo do controlador geral. Portanto, se a solução for viável, um sexto passo pode ser usado, onde o modelo do controlador é escrito usando a solução viável. Esta teoria é puramente matemática e foi comprovado que é possível utilizá-la também para determinar o ganho do controlador paramétrico robusto.

E também usamos toda a teoria do Capítulo 3 para definir as condições métricas para os ganhos do controlador.

RESULTADOS COMPUTACIONAIS E EXPERIMENTAIS

RESULTADO DO SISTEMA COM CONTROLADOR DIGITAL RST APLICADO NO CONVERSOR BUCK CC CC EM UMA MICROREDE
TESTE 1- RESULTADOS DA VARIAÇÃO NO PONTO DE OPERAÇÃO DA TENSÃO
TESTE 2 – RESULTADOS DA VARIAÇAO DA CARGA
TESTE 3- RESULTADOS DOS ÍNDICES DE DESEMPENHO
ANÁLISE DOS RESULTADOS
VARIAÇÃO NO PONTO DE OPERAÇÃO DA TENSÃO
VARIAÇÃO DA CARGA
ÍNDICE DE DESEMPENHO
CONCLUSÃO DO CAPÍTULO

A Figura 5.4 apresenta o resultado da simulação de (a) a saída do sistema quando a tensão de referência varia e (b) o esforço de controle. A Figura 5.5a mostra que todas as metodologias de controle atingem o desempenho desejado e compensam a variação do ponto de operação da tensão. A Figura 5.6 mostra o aumento do resultado da simulação da variação do ponto de operação da tensão positiva.

Observe que a metodologia proposta é tão rápida quanto as outras abordagens e apresenta a menor ondulação de tensão em relação às demais, além disso, a metodologia de controle proposta por (LANDAU et al., 2007) apresenta um overshoot quando ocorre o set point da variação de tensão, conforme mostrado na Figura 5.6f. A Figura 5.7 mostra a ampliação da variação negativa do ponto de operação da tensão para mostrar a variação de cada tensão de saída. As Figuras 5.8 e 5.9 mostram o aumento da tensão de saída do teste experimental na região de subida e descida, respectivamente.

A Figura 5.10 mostra o resultado da simulação da saída de resposta quando o sistema foi submetido à variação de carga resistiva, bem como toda a estratégia de esforço de controle. A Figura 5.13 mostra testes experimentais de variação de carga, apresentando a tensão de saída na imagem ampliada. A Figura 5.14a, b mostra resultados simulados e experimentais do índice ISE quando o sistema é submetido à variação do ponto de operação da tensão, respectivamente.

A Figura 5.14b mostrou que o método proposto supera outras abordagens, bem como confirma os resultados observados pelos testes de simulação, mostrando a eficácia e robustez do método proposto. A Figura 5.16 mostra o índice ISE que foi calculado a partir do teste de simulação considerando a variação de carga, observe que o método proposto supera as outras abordagens em todas as variações de carga.

CONCLUSÃO E TRABALHOS FUTUROS

Esta tese não pretende ser uma proposta definitiva para o projeto de um controlador robusto.

Robust Output Voltage Regulation for DC-DC Buck Converters under Load Variations via Sensorless Control of Sampled Data. Robust control of value-mismatched DC-DC converters by PWM-based sliding-mode control schemes. Regulation of a DC/DC boost converter under parametric uncertainty and input voltage variation using coupled reduced-order PI observers.

Control of a multiphase buck converter, based on sliding mode and disturbance estimation, capable of linear large signal operation. Analysis of Fault Tolerant Operating Capabilities of an Isolated Bidirectional Current Source DC-DC Converter. Optimized Active Disturbance Rejection Control for DC-DC Buck Converters with Uncertainties Using a Reduced-Order GPI Observer.

Distributed energy storage system-based nonlinear control strategy for hybrid microgrid power management included wind/PV units in grid-connected operation. CONCETTINA BUCELLA, CARLO CECATI, HAMED LATAFAT, KAVEH RAZI.A Grid-Connected PV System with LLC Resonant DC-DC Converter. Performance characteristics of the P&O algorithm at high disturbance frequencies for stand-alone PV systems.IEEE TRANSACTIONS ON ENERGY CONVERSION, VOL.

Hybrid microgrid model based on solar photovoltaic battery fuel cell system for intermittent load applications. Direct Form Digital Robust RST Control Based on Chebyshev Sphere Optimization Applied in a DC-DC Power Converter.