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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/31539| Título: | Abordagem de controle para a operação descarregada de grandes plantas fotovoltaicas sob condições de sombreamento parcial causado por nuvens |
| Título(s) alternativo(s): | Control approach for the de-loaded operation of utility-scale photovoltaic power plants under partial shading conditions due to clouds |
| Autor(es): | Dilger, Eric Bernard |
| Orientador(es): | Oliveira, Ricardo Vasques de |
| Palavras-chave: | Sistemas de energia fotovoltaica Energia - Fontes alternativas Energia solar Medidores de tensão Photovoltaic power systems Renewable energy sources Solar energy Strain gages |
| Data do documento: | 28-Fev-2023 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Pato Branco |
| Citação: | DILGER, Eric Bernard. Abordagem de controle para a operação descarregada de grandes plantas fotovoltaicas sob condições de sombreamento parcial causado por nuvens. 2023. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Pato Branco, 2023. |
| Resumo: | O aumento da participação de fontes estocásticas de energia dificulta a operação e planejamento dos sistemas elétricos de potência contemporâneos. Como resultado, alguns códigos de rede já solicitam a participação da geração fotovoltaica de grande porte nos serviços ancilares de suporte à rede elétrica. A solução, convencionalmente adotada, consiste na inclusão de sistemas de baterias junto à planta de geração. No entanto, essa alternativa aumenta o custo e a complexidade das plantas fotovoltaicas, o que tem levado à proposição de novas abordagens mais sofisticadas de controle que possam ser implementadas sem o uso de equipamentos adicionais. Nesse contexto, esse trabalho propõe uma abordagem de controle para a operação com reserva de potência em grandes plantas fotovoltaicas, compostas por dezenas de inversores operando em paralelo. O objetivo da estratégia é estabelecer uma reserva de potência ativa na operação da planta fotovoltaica que possa ser usada para prestação de serviços ancilares de regulação de frequência, em meio aos cenários típicos de sombreamento impostos pelas nuvens. Uma técnica de compensação é proposta para mitigar as variações de potência inerentes às estratégias de estimativa de potência, que se baseiam na varredura da curva P-V e perturbam a rede elétrica. Adicionalmente, uma metodologia baseada na geometria fractal é proposta para emular a movimentação típica das nuvens sobre plantas FVs, o que permite sintetizar variações realísticas de irradiância e considerar múltiplos parâmetros climáticos e técnicos no modelo matemático adotado para representar uma planta fotovoltaica de 100 MWac em ambiente de simulação computacional. Uma análise do impacto individual desses parâmetros na variabilidade de potência gerada é obtida por meio do estudo de múltiplos cenários com diferentes níveis de cobertura de nuvens. A técnica de compensação proposta possibilitou o controle da reserva de potência da planta fotovoltaica com um desvio máximo de 1,79% para o cenário de sombreamento mais crítico. A abordagem possibilitou o uso da reserva de potência estabelecida para seguimento de sinais suplementares de potência ativa com taxas de variação superiores a 19 MW/mín. A regulação de frequência com controlador droop foi avaliada para operação da planta fotovoltaica em paralelo com gerador síncrono e resultou em uma redução de 60% do afundamento máximo de frequência. Esse estudo também utiliza o modelo para iluminação não-homogênea dos módulos fotovoltaicos para avaliar o impacto do sombreamento parcial de um arranjo fotovoltaico composto por milhares de módulos e mostra que o efeito de múltiplos picos é suavizado pelo aumento de strings associadas em paralelo. |
| Abstract: | The increased participation of stochastic energy sources complicates the operation and planning of modern electrical power systems. As a result, some network codes already request the involvement of large-scale photovoltaic generation in ancillary services to support the electrical grid. The conventionally adopted solution consists of including battery systems next to the generation plant. However, this alternative increases the cost and complexity of photovoltaic plants, which has led to the proposition of new, more sophisticated control methods without additional equipment. This work proposes a control approach for operation with power reserve in large photovoltaic plants composed of dozens of inverters operating in parallel. The strategy's objective is to establish an active power reserve in the operation of the photovoltaic plant to provide ancillary services of frequency regulation considering typical shading scenarios imposed by clouds. A compensation technique is proposed to mitigate de power fluctuation inherent estimative strategies based on P-V curve scan and disturb de grid. Additionally, a methodology based on fractal geometry is proposed to emulate the typical movement of clouds over PV plants, which allows the synthesis of realistic irradiance variations and the consideration of multiple climatic and technical parameters in the mathematical model adopted to represent a 100 MWac photovoltaic plant in an ambient environment. of computer simulation. An analysis of the independent impact of these parameters on the variability of generated power was obtained by studying multiple scenarios with different levels of cloud cover. The proposed compensation technique enabled power reserve control of the photovoltaic plant with a maximum deviation of 1.79% for the most critical shading scenario. The approach allows intending power reserves to track supplementary active power signals with ramp rates greater than 19 MW/min. A droop regulator was evaluated for the photovoltaic plant operation in parallel with a synchronous generator and resulted in a 60% reduction of the maximum frequency sag. This study also uses the photovoltaic array in non-homogeneous irradiance conditions to evaluate the impact of partial shading in a group composed of thousands of modules. It shows that the effect of multiple peaks is smoothed by increasing strings associated in parallel. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/31539 |
| Aparece nas coleções: | PB - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica |
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