Publicação: Estudos em controle de microrredes de corrente contínua: impedância virtual e droop adaptativo
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::SISTEMAS ELETRICOS DE POTENCIA::TRANSMISSAO DA ENERGIA ELETRICA, DISTRIBUICAO DA ENERGIA ELETRICA
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Autores
Orientador
Coorientador
Freitas, Luiz Carlos Gomes
Resumo
Esta dissertação de mestrado investiga o crescente destaque das microrredes elétricas
de corrente contínua (CC) em relação às redes convencionais de corrente alternada
(CA), enfatizando a eliminação das perdas de conversão CA/CC e a flexibilidade dessas
estruturas. Identificam-se desafios como padronização, normatização e questões técnicas
relacionadas ao gerenciamento, controle, proteção e integração de tecnologias, incluindo
sistemas de armazenamento de energia (SAE) e geração distribuída (GD). A pesquisa foca
em duas abordagens principais de controle: impedância virtual e droop adaptativo. A primeira
abordagem visa melhorar a estabilidade, reduzindo oscilações dinâmicas na tensão
do barramento CC, com a avaliação de quatro estratégias diferentes. Análises paramétricas
demonstram a faixa de valores aplicáveis no projeto de elementos específicos, como
filtro passa-baixas e indutor virtual usados nessas estratégias. A estabilidade do sistema
é validada através do mapeamento de polos e zeros, assim como, pela tabela de Routh-
Hurwitz. Simulações e testes no controller hardware-in-the-loop (C-HIL) são realizados
para identificar a estratégia com melhor desempenho, beneficiando a microrrede CC. O
controle droop adaptativo proposto visa corrigir desequilíbrios no compartilhamento de
potência entre conversores formadores de rede. Análises paramétricas confirmam as equações
utilizadas no controle proposto. Simulações e testes utilizando o C-HIL comprovam
a eficácia do método, além de contribuir para manter o desvio entre os estados de carga
dos SAEs. Os resultados destacam a eficácia dessas estratégias de controle, demonstrando
seu potencial para aprimorar as microrredes CC e integrar sistemas elétricos distribuídos
de forma mais eficiente ao sistema convencional.
Abstract
This master’s thesis examines the increasing prominence of DC microgrids compared
to conventional alternating current (AC) grids, enhancement the elimination of AC/DC
conversion losses and the flexibility of these structures. Challenges such as standardization,
regulation, and technical issues related to management, control, protection, and the
integration of technologies as energy storage systems (ESS) and distributed generation
(DG) are identified. The research focuses on two main control approaches: virtual impedance
and adaptive droop. The virtual impedance approach aims to enhance stability by
reducing transient dynamic oscillations in DC bus voltage, evaluating four different strategies.
Parametric analyses demonstrate the range of values that can be used in the design of
specific elements, including low-pass filters and virtual inductors used in these strategies.
System stability is validated through pole-zero mapping and the Routh-Hurwitz criterion.
Simulations and tests using controller hardware-in-the-loop (C-HIL) are conducted
to determine which strategy performs best for the DC microgrid. The proposed adaptive
droop control aims to correct power-sharing imbalances among grid-forming converters.
Parametric analyses validate the equations used in the proposed control. Simulations and
tests using C-HIL demonstrate the effectiveness of the method and its contribution to
maintaining the deviation between the states of charge of the ESS. The results highlight
the effectiveness of these control strategies, demonstrating their potential to advance DC
microgrids and efficiently integrate distributed electrical systems into the conventional
grid.
Palavras-chave
Controle droop adaptativo, Controle por impedância virtual, Controller hardware-in-the-loop, Microrredes em corrente contínua, Engenharia Elétrica
Citação
MOURA, Beatriz Cristina. Estudos em controle de microrredes de corrente contínua: impedância virtual e droop adaptativo. 2024. 141 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2024.339.