Workshop IEE-USP Mini/Micro-redes de Geração e Sistemas de Armazenamento de Energia Elétrica

Transcrição

1 UNESP Universidade Estadual Paulista Laboratório de Eletrônica de Potência LEP Workshop IEE-USP Mini/Micro-redes de Geração e Sistemas de Armazenamento de Energia Elétrica Prof. Dr. Carlos Alberto Canesin Ilha Solteira (SP), Brasil

2 Sumário UNESP e FE/IS-Campus de Ilha Solteira LEP Laboratórios de Eletrônica de Potência Infraestrutura Pesquisas/Ensaios Sistemas FV Micro-rede LEP com GD FV e acumulação Comentários Finais

3 Universidade Estadual Paulista UNESP A UNESP oferece 179 cursos de Graduação com duração de 4 a 6 anos, e 118 Programas de Pós-Graduação em praticamente todas as áreas de conhecimento, em seus 24 campi (34 Faculdades e Institutos). Educação, Pesquisas e Desenvolvimento em 24 cidades distribuídas em todas as regiões do Estado de São Paulo Programas Graduação: 179 Pós-Graduação: 118 Mestrado: 117 Mestrado Profissional: 6 Doutorado: 93 Estudantes Graduação: Pós-Graduação: Professores (93% com Doutorado) Pessoal Administrativo 7.138

4 Campus 3 Ilha Solteira Engenharia Elétrica 5 Estrelas ***** Guia do Estudante Nota 6 - CAPES Mestrado/Doutorado GD: , GMS: 20 23'58.1"S 51 21'28.3"W

5 Laboratórios de Eletrônica de Potência fttp://

6 Laboratórios de Eletrônica de Potência (aprox. 700m 2 )

7 Laboratórios de Eletrônica de Potência Laboratório Experimental 1 LEP 1

8 Laboratórios de Eletrônica de Potência Laboratório Experimental 1 LEP 1

9 Laboratórios de Eletrônica de Potência Laboratório Experimental 2 LEP 2

10 Laboratórios de Eletrônica de Potência Laboratório Experimental 2 LEP 2

11 Laboratórios de Eletrônica de Potência Laboratório Experimental 2 LEP 2

12 Laboratórios de Eletrônica de Potência Laboratório Experimental 3 - LEP 3

13 Laboratórios de Eletrônica de Potência Laboratório Experimental 4 - LEP 4

14 Laboratórios de Eletrônica de Potência Laboratório Experimental 5 - LEP 5

15 Laboratórios de Eletrônica de Potência LEP 6: Laboratório Computacional

16 Plantas Geração Fotovoltaica Campus 3 Ilha Solteira, LEP LEP 7: Grid FV IEE/USP-UNESP

17 Infraestrutura de Pesquisas e Ensaios Certificação Inversores

18 Infraestrutura de Pesquisas e Ensaios Certificação Inversores

19 Infraestrutura de Pesquisas e Ensaios Certificação Inversores Equipamentos Principais LEP (Ensaios em Sistemas FV) Descrição Especificação do Equipamento N de Série Conjunto de carga RLC monofásica Parwa Technology PV-RLC235-10K Emulador de rede CA California Instruments MX45-3-pi 1150A04474 Emulador de PV TerraSAS ETS 600/25 (2 fontes) 1214A00654 Analisador de Qualidade de Energia Yokogawa WT L Analisador de Qualidade de Energia Yokogawa WT3000 Flicker option 91K Cronômetro Digital Tektronix MSO 5104 C Osciloscópio Digital Tektronix MSO 5104 C Conjunto de Carga RLC trifásica Hilkar, LB.0.AC.RLC 42,5kVA

20 Infraestrutura de Pesquisas e Ensaios Certificação Inversores Emulador fotovoltaico Terra SAS ETS 600/25 (x2) Osciloscópio Digital Tektronix MSO 5104 Trigger MX45 Layout Ensaios Inversores Monofásicos Vcc Icc Trigger S1 ESE ESE F N Pese Qese F N S1 Pca Qca F N Analisador de qualidade de energia Yokogawa WT3000 Analisador de qualidade de energia Yokogawa WT3000 Simulador de rede CA California Instruments MX45-3-PI Carga RLC para teste anti-ilhamento PARWA PV-RLC235-10K

21 Analisador de qualidade de energia Yokogawa WT230 Vcc1 Icc1 ESE Vcc2 Icc2 CH1 CH2 A B C N Infraestrutura de Pesquisas e Ensaios Certificação Inversores Analisador de qualidade de energia Yokogawa WT3000 Emulador fotovoltaico Terra SAS ETS 600/25 (x2) Osciloscópio Digital Tektronix MSO 5104 A B C N Pese Qese A B C N Trigger MX45 Trigger S1 S1 A B C N Layout Ensaios Inversores Trifásicos Pca Qca Analisador de qualidade de energia Fluke 435II Analisador de qualidade de energia Yokogawa WT3000 Simulador de rede CA California Instruments MX45-3-PI A B C N Carga RLC HILKAR 3x220V 60Hz 42,5kVA Transformador 380V Y 220V - Δ L1 L2 L3

22 Plantas de microgd FV e Eólica Monitoradas remotamente/lep Monitoramento remoto de Plantas de microgeração distribuída (P&D GD_Elektro).

23 Plantas de microgd FV e Eólica Monitoradas remotamente/lep Gerador Eólico de 6000W GRW painéis fotovoltaicos de 245 Wp cada Totalizando 3920 Wp (Guarujá/SP) 6kW Eólico e 4kWp Fotovoltaico

24 Plantas de microgd FV e Eólica Monitoradas remotamente/lep

25 Micro-rede com GD e Acumulação API de previsão do tempo Auxílio no controle de acumulação LEP Programa de monitoramento e controle do fluxo de potências da planta GD Visual Studio 2016 C# Supplier (Fonte CC controlada) 6kW Modo carregador baterias Sensores e Acionamentos DSP Piccolo Vbat, Ibat, Tbat Roteador RS-232 Ethernet VL1, VL2, VL3 Locais USB VL1, VL2, VL3 1 Controlador HUB WEB Modbus/TCP Inversores 3x4.6kW (13,8kW) com firmware LEP-UNESP 2x DSP Piccolo Emulador fotovoltaico Terra SAS ETS 600/ L1 L2 L3 N PE 4 6 L1 L2 L3 N PE 7 L1 L2 L3 Local* N PE Inversores grid-tie ou ilhado 3x3kW (mestre/escravos) RS-485 Conj. De Baterias estacionárias Bosch P V 165Ah (3kVar) Legenda PQube Z Impedância de linha 8 L1 L2 L3 N PE Simulador de rede CA California Instruments MX45-3-PI RDEE Cargas locais controladas: Lineares e Não Lineares Sorensen *Bypass ou alimentação local controlado pelo inversor 9 Cargas Locais monofásicas Grupo Cargas locais monofásicas Parwa 10kVar Grupo 2 Cargas locais trifásicas Hilkar 40kVar Grupo 3 Barramento CC Fases (L1, L2, L3) Neutro (N) Terra (PE) Modbus/TCP Controles RS-232 Comunicação Ethernet Comunicação USB Comunicação RS-485 Acionamento dos Contatores Sinais analógicos Comunicação proprietária Proteções e desconexão Software/Firmware Desenvolvido

26 Micro-rede com GD e Acumulação LEP Inversores em conexão trifásica, modos grid-tie e ilhado Router Conexão rede CA Rede CA Medição PQube Aplicativo Principal de Gerenciamento Sensores e Barramento CC Main Switch Fonte CC programável (modo carregador baterias) Conexão cargas trifásicas micro-rede Inversores em conexão trifásica, modo grid-tie Firmware completo desenvolvido na pesquisa Conexão cargas monofásicas Micro-rede Medição cargas Locais micro-rede Fluke BESS Transformador isolação

27 Micro-rede com GD e Acumulação LEP Inversores Grid-tie/Ilhado Sensores e Conexões CC Medição PQube Rede CA Conexões CA Carga RLC Trifásica Carga R Trifásica Aplicativo de Controle Medições Micro-rede Carga Eletrônica Carga RLC Monofásica

28 Micro-rede com GD e Acumulação LEP ,50 Modo Conectado Potência ativa (W) ,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0 10,5 11,0 11,5 12,0 12,5 13,0 13,5 14,0 14,5 15,0 15,5 16,0 16,5 17,0 17,5 18,0 18,5 19,0 19,5 20,0 Potência ativa (W) Tempo (min) Frequência da rede CA (Hz) 62,00 61,50 61,00 60,50 60,00 59,50 Frequência da rede CA (Hz) Potência ativa (W) Potência Ativa e Frequência da micro-rede no Ponto de Conexão, no tempo ,00 60,20 60,40 60,60 60,80 61,00 61,20 61,40 61,60 61,80 62,00 Frequência da rede CA (Hz) Curva P/f (Potência Ativa versus Frequência)

29 Micro-rede com GD e Acumulação LEP ,0000 Potência ativa (W) ,9800 0,9600 0,9400 0,9200 0,9000 Fator de potência Modo Conectado 0 100,00 75,00 50,00 30,00 20,00 10,00 Potência de saída (%) Potência ativa (W) Fator de potência Van = 230Vrms: ativação (controle FP/reativos) 0,8800 Potência ativa (W) ,00 75,00 50,00 30,00 20,00 10,00 1,0000 0,9800 0,9600 0,9400 0,9200 0,9000 0,8800 Fator de potência Potência de saída (%) Potência ativa (W) Fator de potência Van = 220Vrms: controle FP desativado

30 Micro-rede com GD e Acumulação 100,00% LEP Modo Conectado -40,68%; 88,30% -34,47%; 74,92% 90,00% 80,00% 70,00% 45,26%; 89,82% 37,33%; 74,77% 60,00% P/Pn -23,35%; 50,32% 50,00% 24,98%; 50,23% 40,00% -14,41%; 30,12% 30,00% 14,52%; 30,05% -9,50%; 20,23% 20,00% 9,57%; 20,13% -5,07%; 10,21% 10,00% 4,43%; 10,19% 0,00% -50,00% -40,00% -30,00% -20,00% -10,00% 0,00% 10,00% 20,00% 30,00% 40,00% 50,00% Indutivo Q/Pn Capacitivo Potência ativa e reativa em função de Pnominal (Pn), em conformidade com a norma brasileira NBR 16149:2013.

31 Micro-rede com GD e Acumulação Desconexão do contator principal da rede CA LEP Transição: Modo Conectado para Modo Ilhado AN (V) BN (V) CN (V) :08:20 00:08:20 00:08:20 00:08:20 00:08:20 00:08:21 00:08:21 00:08:21 00:08:21 00:08:21 00:08:21 00:08:22 00:08:22 00:08:22 00:08:22 00:08:22 00:08:23 00:08:23 00:08:23 00:08:23 00:08:23 00:08:23 00:08:24 00:08:24 00:08:24 00:08:24 00:08:24 00:08:24 00:08:25 00:08:25 00:08:25 00:08:25 00:08:25 00:08:25 00:08:26 00:08:26 00:08:26 00:08:26 00:08:26 00:08:26 00:08:27 00:08:27 00:08:27 (a) Valores eficazes das tensões na carga local; 175ms/div.

32 Micro-rede com GD e Acumulação LEP Transição: Modo Conectado para Modo Ilhado 60,5 60,1 Desconexão do contator principal da rede CA Frequência(Hz) 59,7 59,3 58,9 58,5 00:07:10 00:07:20 00:07:30 00:07:40 00:07:50 00:08:00 00:08:10 00:08:20 00:08:30 00:08:40 Variação da frequência na carga local; 10s/div.

33 Micro-rede com GD e Acumulação LEP Transição: Modo Conectado para Modo Ilhado 480 Entrada do inversor da Fase A Entrada do inversor da Fase B Volts :08: :08: :08: :08: :08: :08: :08: :08: :08: :08: :08: :08: :08: Tensões para as cargas locais durante o controle ativo dos inversores das Fases B e A (Mestre)

34 N (A) C (A) B (A) A (A) CN (V) BN (V) AN (V) ,8 3,6 2,4 1, ,8 3,6 2,4 1, ,8 3,6 2,4 1,2 0 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 01:17:30 Degrau de carga de 0W para 3500W Micro-rede com GD e Acumulação LEP Modo Ilhado: Regulação de Tensão 01:18:00 01:18:30 01:19:00 Degrau de carga de 3500W para 0W Degrau de carga no modo ilhado, Valores eficazes das tensões e correntes 01:19:30 Van rms (V) Vbn rms (V) Vcn rms (V) Ia rms (A) Ib rms (A) Ic rms (A) In rms (A) 01:20:00

35 Micro-rede com GD e Acumulação LEP Modo Ilhado: Regulação de Frequência 60 59,995 Frequência (Hz) 59,99 59,985 59,98 0W Res W Res W Ind W Ind W Cap W Cap W NL W Potência Ativa Total Frequência (Hz) Frequência na micro-rede ilhada, com diferentes perfis de carga, balanceada e não balanceada, linear e não linear.

36 Micro-rede com GD e Acumulação LEP Modo Ilhado: Regulação de Tensão para perfis de carga Linear e Não Linear Tensão (Vrms) W Res W Res W Ind W Ind W Cap W Cap W NL W Potência Ativa Total Van (Vrms) Vbn (Vrms) Vcn (Vrms) Valores eficazes das tensões na carga local, com diferentes perfis de carga, balanceada e não balanceada, linear e não linear.

37 Micro-rede com GD e Acumulação LEP Modo Ilhado: Carga Linear e Não Linear 3,5 3 2,5 THD (%) 2 1,5 1 0,5 0 0W Res W Res W Ind W Ind W Cap W Cap W NL W Potência Ativa Total THD Van (%) THD Vbn(%) THD Vcn (%) THD das tensões na micro-rede, com diferentes perfis de carga, balanceada e não balanceada, linear e não linear.

38 Micro-rede com GD e Acumulação Sistema de Gerenciamento Tela principal do software de controle/gerenciamento da micro-rede. Em azul: área de dados do barramento CC contendo tensão de saída do barramento, corrente de saída e potência ativa. Em vermelho: área de dados do sistema de acumulação, contendo tensão, corrente, potência e temperatura média das baterias. O estado de carga é calculado considerando a tensão e corrente em regime do sistema de acumulação. A temperatura é utilizada para correção da tensão de carregamento do conjunto de baterias. Em amarelo: área contendo os dados de previsão do tempo recebidos pela API de previsão. Em Laranja: área onde são mostrados os dados de energia na micro-rede e injetadas na rede CA. Estes dados são utilizados para o controle da potência injetada pelos inversores conectados. Em verde: área onde são apresentados diversos gráficos das principais variáveis que devem ser monitoradas pelo software de gerenciamento.

39 Micro-rede com GD e Acumulação LEP Sistema de Gerenciamento Captura de tela do software de controle com a bateria em estado de carga baixo.

40 Comentário Finais Foco principal LEP: Pesquisas, Desenvolvimentos e Inovações (P&D&I) Interesse secundário em Ensaios para fins de Certificação Pesquisas em Eletrônica de Potência e Aplicações Pesquisas em Qualidade da Energia Elétrica nos Sistemas de Distribuição

41 Grupo de Pesquisas em Qualidade da Energia e Eletrônica de Potência LEP Laboratórios de Eletrônica de Potência Obrigado canesin@dee.feis.unesp.br WorkShop IEE-USP, Junho 2017 Unesp, Ilha Solteira(SP), Brasil