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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/33007| Título: | Modelagem e análise dinâmica de topologias de microrredes CC operando com estratégia de controle hierárquico |
| Título(s) alternativo(s): | Modeling and dynamic analysis of DC microgrid topologies operating with a hierachical control strategy |
| Autor(es): | Silveira, Rafaela Dizaro |
| Orientador(es): | Silva, Sergio Augusto Oliveira da |
| Palavras-chave: | Engenharia elétrica Conversores de corrente elétrica Redes elétricas Electric engineering Electric current converters Electric networks |
| Data do documento: | 25-Ago-2023 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Cornelio Procopio |
| Citação: | SILVEIRA, Rafaela Dizaro. Modelagem e análise dinâmica de topologias de microrredes cc operando com estratégia de controle hierárquico. 2023. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica - Uel/Utpfr) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Cornélio Procópio, 2023. |
| Resumo: | As microrredes têm sido consideradas como uma alternativa promissora de estruturas para contribuir com a modernização do setor elétrico, propiciando um sistema que integra e viabiliza o funcionamento adequado de recursos energéticos distribuídos (REDs), sendo capaz de operar em modo interconectada à rede elétrica e ilhada. Microrredes alimentadas por corrente contínua (CC) têm se destacado pelas possibilidades de ofereceram benefícios de melhoria na eficiência energética, redução de custos e um controle mais simples. Para viabilizar a interface de conexão dos REDs em uma microrrede CC, conversores eletrônicos de potência são comumente utilizados e acoplados entre si por meio de uma rede elétrica, implicando na existência de interações dinâmicas entre os conversores e suas malhas de controle e demais elementos, tais como cargas, impedâncias de linha, bem como a rede elétrica CA. A compreensão das referidas interações se caracteriza como critério crucial para entender as características do sistema, implementar adequadamente as estratégias de controle e principalmente garantir a estabilidade da tensão do barramento CC da microrrede. Portanto, este trabalho apresenta o desenvolvimento de modelos matemáticos detalhados de topologias de microrredes CC, considerando as dinâmicas de cada subsistema na microrrede. Os estudos são conduzidos para diferentes configurações de redes, resultando em três topologias de microrredes CC diferentes, sendo elas, a topologia de barramento único, a topologia radial e a topologia anel. Para garantir as necessidades de regulação de tensão nos barramentos das microrredes, compartilhamento de carga e gerenciamento do fluxo de energia elétrica é adotado uma estratégia de controle hierárquico de dois níveis, onde o nível primário é baseado em controle descentralizado por droop, enquanto o nível secundário é baseado em controle distribuído cooperativo. Assim, a representação dinâmica e particularidades de cada topologia são evidenciados empregando o método de modelagem de pequenos sinais e a representação em espaço de estados. Na sequência, estudos dos parâmetros que podem afetar a estabilidade dos sistemas são apresentados por meio da identificação dos autovalores dos sistemas em estudo. Os desempenhos das microrredes CC são validados por meio do desenvolvimento de protótipos experimentais e uma análise comparativa envolvendo aspectos técnico-operacionais é fornecido. |
| Abstract: | Microgrids have been considered a promising alternative for structures to contribute to the modernization of the electricity sector, providing a system that integrates and enables the proper functioning of distributed energy resources (REDs), capable of operating the electrical grid in an interconnected and islanded manner. Microgrids powered by direct current (DC) have stood out for the possibilities of offering benefits of improved energy efficiency, cost reduction and simpler control. To enable the connection interface of DERs in a DC microgrid, power electronic converters are commonly used, and coupled to each other through an electrical network, implying the existence of dynamic interactions between the converters and their control loops and other elements such as loads, line impedances, as well as the AC mains. Understanding these interactions is a crucial criterion for understanding the characteristics of the system, properly implementing control strategies, and above all, guaranteeing the stability of the microgrid's DC bus voltage. Therefore, this work presents the development of detailed mathematical models of dc microgrid topologies, considering the dynamics of each subsystem in the microgrid. The studies are conducted for different network configurations, resulting in three different DC microgrid topologies: the single-bus topology, the radial topology, and the ring topology. For ensuring voltage regulation needs on the microgrids, load sharing and energy flow management, a two-level hierarchical control strategy is adopted, where the primary level is based on decentralized control by droop, while the secondary level is based on cooperative distributed control. Thus, each dynamic’s representation and particularities are evidenced using small-signal modeling method and state-space representation. Next, studies of the parameters that can affect the stability of the systems are presented through the identification of the eigenvalues of the studied systems. The performances of the DC microgrids are validated through the development of experimental prototypes, and a comparative analysis involving technical-operational aspects is provided. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/33007 |
| Aparece nas coleções: | CP - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica |
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