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ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-0155-5361
Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Anti-islanding algorithm based on active phase jump with positive feedback and intermittent perturbation for integration of inverter-based distributed energy resources to the electric power system.
Alternate title (s): Algoritmo anti-ilhamento baseado em salto de fase ativo com feedback positivo e perturbação intermitente para integração de recursos energéticos distribuídos baseados em inversor ao sistema elétrico
Author: Resende, Ênio Costa
First Advisor: Freitas, Luiz Carlos Gomes de
First coorientator: Simões, Marcelo Godoy
First member of the Committee: Lima, Gustavo Brito de
Second member of the Committee: Busarello, Tiago Davi Curi
Third member of the Committee: Coelho, Ernane Antonio Alves
Fourth member of the Committee: Melo, Fernando Cardoso
Summary: A crescente penetração dos Sistemas de Geração Distribuída (SGD) baseados em recursos renováveis na rede de distribuição de utilidade pública abre caminho para um novo paradigma de geração de energia e consumo elétrico, fundamentado na substituição gradual dos combustíveis fósseis por geração de energia limpa. No entanto, apesar de todos os seus benefícios, a adoção dos SGD traz novos problemas e desafios que devem ser abordados pela pesquisa acadêmica. Um dos principais problemas de segurança é a ilha não intencional. Definido como a perda da conexão com a rede principal, o fenômeno de ilha não intencional pode levar ao aumento ou à poluição harmônica da rede, acidentes elétricos com trabalhadores de manutenção e religamentos fora de fase. O objetivo deste trabalho é apresentar um novo algoritmo de Proteção Anti-Ilhamento (PAI), baseado na inserção de um salto de fase no início de cada meia onda da corrente de saída do inversor. Esse salto de fase será parametrizado com um feedback positivo de frequência para melhorar o desempenho do algoritmo, ligando o erro de frequência à perturbação inserida. Além disso, o novo esquema de PAI define limites máximos e mínimos de alarme de frequência que, quando atingidos, disparam um salto de fase adicional para melhorar a detecção de ilhamento, reduzindo o tempo de detecção e mitigando a Zona de Não-Detecção (ZND) sem exigir degradação adicional dos harmônicos de corrente. Além disso, o trabalho realiza uma revisão completa da teoria de ilhamento, abordando o conceito de ZND e suas tecnologias de mapeamento, e conduz uma análise crítica das soluções já existentes, destacando a linha do tempo de evolução de cada algoritmo. Finalmente, para atestar a efetividade da nova solução, será realizado um estudo comparativo com outros métodos de PAI já conhecidos: Deslocamento de Frequência Ativo (AFD), AFD por (CHEN et al., 2013), AFD com Fator de Chopping Pulsante (AFDPCF), Deslocamento de Frequência Sandia (SFS) e o Salto de Fase Ativo com Feedback Positivo (APJPF). A metodologia de teste será baseada nas recomendações dos padrões mais restritivos e os resultados serão categorizados de acordo com três Indicadores de Parâmetros Chave (KPI): tempo de detecção, ZND e THDi. Os resultados obtidos mostram que o esquema proposto atingiu a mitigação da ZND e obteve a detecção de ilhamento mais rápida para todos os casos testados.
Abstract: The growing penetration of Distributed Generation Systems (DGS) based on renewable resources into the distribution utility grid paves the way for a new energy generation and for an electrical consumption paradigm founded on the gradual replacing of fossil fuels by clean power generation. However, in spite of all its benefits, the adoption of the DGS brings new problems and challenges that must be addressed by the academical research. One of the main security issues is the unintentional islanding. Defined as the loss of the connection with the main grid, the unintentional islanding phenomenon can lead to the increasing of the harmonic pollution of the grid, electrical accidents with maintenance workers and out-of-phase reclosures. The purpose of this work is to present a new Anti-Islanding Protection (AIP) algorithm, based on the insertion of a phase jump at the beginning of each half cycle of the inverter output current. This phase jump will be parametrized with a positive frequency feedback in order to improve the algorithm performance by linking the frequency error with the inserted disturbance. Futhermore, the new AIP scheme defines maximum and minimum frequency alarm thresholds that, when reached, trip an additional phase jump to improve islanding detection, reducing the detection time and mitigating the Non-Detection Zone (NDZ) without demanding extra current harmonic degradation. Beyond this, the work also performs a complete review of the islanding theory, addressing the NDZ concept and its mapping technologies and conducting a critical analysis of the already existing solutions, highlighting the evolution timeline of each algorithm. Finally, in order to attest the new solution effectivity, it will be also carried out a comparative study with other already known AIP methods: Active Frequency Drift (AFD), AFD by (CHEN et al., 2013), AFD with Pulsating Chopping Factor (AFDPCF), Sandia Frequency Shift (SFS) and the Active Phase Jump with Positive Feedback (APJPF). The test methodology will be based on the most restrictive Standards recommendations and the results will be categorized according to three Key Parameter Indicators (KPI): detection time, NDZ and THDi. The obtained results show that the proposed scheme reached the mitigation of the NDZ and accomplished the fastest islanding detection for all of the tested cases.
Keywords: Anti-Ilhamento
Anti-Islanding
Geração Distribuída
Distributed Generation
Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede
Grid Tied Photovoltaic Systems
Zona de Não Detecção
Non-Detection Zone
Tempo de Detecção
Detection Time
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::ELETRONICA INDUSTRIAL, SISTEMAS E CONTROLES ELETRONICOS::ELETRONICA INDUSTRIAL
Subject: Engenharia elétrica
Language: eng
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
Quote: RESENDE, Ênio Costa. Anti-islanding algorithm based on active phase jump with positive feedback and intermittent perturbation for integration of inverter-based distributed energy resources to the electric power system. 2024. 160 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2024.712.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2024.712
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/43743
Date of defense: 25-Oct-2024
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 7. Energia limpa e acessível - Garantir acesso à energia barata, confiável, sustentável e renovável para todos.
Appears in Collections:TESE - Engenharia Elétrica

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