Controle com comunicação explícita entre unidades de GD Eletrônica de Potência para Redes Ativas de Distribuição

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1 Controle com comunicação explícita entre unidades de GD Eletrônica de Potência para Redes Ativas de Distribuição Marcelo Lobo Heldwein, Dr. Sc. Refs.: Controle descentralizado para µgrids Vantagens Robustez Custo de instalação Desvantagens Impossibilidade de otimização de despacho Dificuldade para distribuição de correntes Dificuldade de previsão de capacidade de geração ou armazenamento 2 2

2 Controle centralizado para µgrids Normalmente é implementado como um controle hierárquico Controlador + supervisão central Controladores locais Vantagens Oposto do descentralizado Desvantagens Oposto do descentralizado 3 3 Controle centralizado para µgrids Exemplo de configuração 4 4

3 Requisitos para operação de uma microrrede Regulação em regime permanente Deve-se garantir a regulação de tensão e frequência Deve-se garantir o equilíbrio de correntes entre as unidades de GD Prever cargas lineares e não-lineares, balanceadas ou não Melhor desempenho: controle centralizado 5 5 Requisitos para operação de uma microrrede Qualidade de formas de onda Deve-se aproveitar da rápida dinâmica de inversores para garantir qualidade Prever cargas lineares e não-lineares, balanceadas ou não É desejável que os diversos inversores dividam as correntes harmônicas É necessária uma grande largura de banda, aonde 0 controle local é melhor adaptado É desejável controlar desbalanços de tensão, o qual é mais eficiente se controlado centralizadamente, porém há a dificuldade da transmissão de dados em alta velocidade 6 6

4 Requisitos para operação de uma microrrede Transitórios Chaveamento de cargas gera muitas perturbações e erros transitórios Deve-se limitar sags e swells Deve-se garantir que não haja correntes circulantes durante os transitórios Controle local é ideal para transitórios rápidos Controle centralizado ajuda a limitar transitórios longos 7 7 Requisitos para operação de uma microrrede Modo conectado: Comportamento de carga ou de fonte de potência Não deve controlar a tensão Suprir cargas Obedecer contratos com a rede 8 8

5 Requisitos para operação de uma microrrede Modo conectado: Comportamento de carga ou de fonte de potência Não deve controlar a tensão Suprir cargas Obedecer contratos com a rede Modo ilhado: Deve desconectar-se quando ocorrer problemas de qualidade de energia Controlar a tensão (e a frequência) Suprir cargas 9 9 Operação em ilhamento Gerenciamento de tensão e frequência Deve ser feito por uma ou mais das fontes de GD (as com maior capacidade de potência) Devem ser respeitadas faixas limites de variação Pode-se pensar em retirar carga se a frequência cair abaixo do limite 10 10

6 Operação em ilhamento Equilíbrio entre oferta e demanda de energia Após uma desconexão pode ser necessário acionar unidades de armazenamento ou geração Desconectar cargas se necessário Deve-se ter uma certa capacidade de energia armazenada para garantir transições suaves Operação em ilhamento Qualidade de energia Em ilhamento, o sistema apresenta uma inércia muito pequena Reservas são as das unidades de armazenamento Unidades de GD podem apresentar comportamentos intermitentes Muitos conversores interconectados 12 12

7 Operação em ilhamento Comunicação entre componentes da microrrede É desejável que os componentes possam ser conectados ou desconectados livremente Ganha-se em desempenho econômico se houver comunicação, porém deve-se garantir a velocidade necessária para a transmissão de dados Deve-se analisar a distância entre as unidades do sistema Deseja-se melhorar a cooperação entre os componentes Métodos de controle para cooperação Puro controle por droop (ou droop invertido) 14 14

8 Métodos de controle para cooperação Controle dos modos dos inversores Ou single-master control Apenas a unidade de armazenamento muda seu método de controle o Passa para método droop Os outros inversores das microfontes continuam operando com controle PQ (droop) Métodos de controle para cooperação Controle primário das fontes de energia A unidade de armazenamento opera como um gerador síncrono atuando com controles secundários para restaurar V e f Há reposicionamento das características de droop 16 16

9 Métodos de controle para cooperação Controle autônomo Todas as unidades possuem armazenamento integrado e operam o com controle unitário de potência ou o com controle de fluxo de potência nos alimentadores Controle unitário de potência o Todas as unidade operam com droop mesmo com a presença da rede Controle de fluxo de potência nos alimentadores o As unidades geram potência de acordo com uma curva Pxf para controlar o fluxo em um alimentador Métodos de controle para cooperação Controle PQ baseado em multi-agentes Armazemento: muda para droop quando em ilhamento o Atua como seguidor de carga Outras unidades: controle PQ todo o tempo Controlador central envia setpoints para todas as unidades Há comunicação de baixa velocidade 18 18

10 PMS / EMS PMS: Power management system o Tempos curtos (potência) EMS: Energy management system o Tempos longos (energia) PMS / EMS Objetivos Garantir a distribuição de potências ativas e reativas entre as unidades de GD Responder à perturbações e transitórios Determinar os setpoints de potência para restaurar a frequência Habilitar a re-sincronização da microrrede Minimizar a importação de energia de forma econômica (estratégia de despacho) Garantir que há reservas nas unidades de armazenamento Minimizar perdas Realizar controle de demanda (controle de cargas) 20 20

11 Controle de inversores em microrredes Modo: microrrede conectada Controle PQ Controle de inversores em microrredes Modo: microrrede conectada Referências 22 22

12 Controle de inversores em microrredes Modo: microrrede conectada Controle PQ + supressão de harmôniocs Supressão de distorções Controle de inversores em microrredes Modo: ilhamento Controle de tensão com malha única 24 24

13 Controle de inversores em microrredes Modo: ilhamento Referência Controle de inversores em microrredes Modo: ilhamento Controle de tensão com múltiplas malhas 26 26

14 Controle de inversores em microrredes Modo: ilhamento Referência Controle de inversores em microrredes Controle tradicional Tipicamente não há limitação de largura de banda em c* Garante-se boa rejeição a perturbações 28 28

15 Controle de inversores em microrredes Controle tradicional com longa distância entre o controlador e a planta Há limitação de largura de banda em c* Limita-se a rejeição a perturbações Controle de inversores em microrredes Modo: ilhamento Controle centralizado de tensão com malhas de corrente individuais 30 30

16 Controle de inversores em microrredes Modo: ilhamento Controlador de tensão -Transmissão de dados: v > 100 kb/s Controle de inversores em microrredes Modo: ilhamento Controle centralizado de tensão com sistema mestre-escravos 32 32

17 Controle de inversores em microrredes Modo: ilhamento Controlador convencional -Dados: v > 100 kb/s Controle de inversores em microrredes Modo: ilhamento Particionamento de frequências 34 34

18 Controle de inversores em microrredes Modo: ilhamento Controlador comum -Dados: v > 10 kb/s Controle de inversores em microrredes Modo: ilhamento Controlador de tensão (local) para transitórios 36 36

19 Exemplo de implementação Configuração Exemplo de implementação Controle 38 38

20 Exemplo de implementação Upper-level controller: Detecta faltas na rede Mede a corrente na rede Envia referências de corrente para GDs Controla a chave estática SSR Comunica aos inversores para atuar como: o Modo conectado: controle de potência o Modo ilhado: controle tensão (um dos inversores) Envia sinal de re-sincronização Exemplo de implementação Experimentação: conectado para ilhado 40 40

21 Exemplo de implementação Experimentação: conectado para ilhado Controle por particionamento em frequências Objetivo: Dividir as responsabilidades do controlador central com os controladores locais para reduzir os requisitos de transmissão de dados 42 42

22 Controle por particionamento em frequências Configuração Controle por particionamento em frequências Configuração 44 44

23 Exemplo de particionamento em frequências Exemplo de particionamento em frequências 46 46

24 Exemplo de particionamento em frequências Modelos Exemplo de particionamento em frequências Modelos 48 48

25 Exemplo de particionamento em frequências Degrau de carga de 0-100% (trifásico balanceado) Exemplo de particionamento em frequências Degrau de carga de 0-100% (trifásico balanceado) 50 50

26 Exemplo de particionamento em frequências Degrau de carga de 0-100% (trifásico balanceado) Exemplo de particionamento em frequências 52 52

27 Exemplo de particionamento em frequências Cargas não-lineares Exemplo de particionamento em frequências 54 54

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