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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/34153| Título: | Uso de banco de baterias em grandes plantas fotovoltaicas de geração para mitigar rampas e variações de potência de curta duração |
| Título(s) alternativo(s): | Integrating battery banks for mitigate short-term power ramps and variations in large photovoltaic plants |
| Autor(es): | Forte, Leonardo Zoboli |
| Orientador(es): | Oliveira, Ricardo Vasques de |
| Palavras-chave: | Sistemas de energia fotovoltaica Baterias elétricas Controladores elétricos Photovoltaic power systems Electric batteries Electric controllers |
| Data do documento: | 29-Nov-2023 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Pato Branco |
| Citação: | FORTE, Leonardo Zoboli. Uso de banco de baterias em grandes plantas fotovoltaicas de geração para mitigar rampas e variações de potência de curta duração. 2023. Trabalho de Conclusão de Curso (Engenharia Elétrica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Pato Branco, 2023. |
| Resumo: | Devido à crescente penetração da geração fotovoltaica nas matrizes energéticas mundiais, as pesquisas e os desenvolvimentos intensivos são fundamentais para garantir que sua natureza estocástica não prejudique os sistemas elétricos, ao mesmo tempo em que contribui para a transição energética em direção às fontes renováveis. As variações de potência de curta duração, que ocorrem em intervalos de segundos a minutos, são as mais impactantes na qualidade da energia nos sistemas elétricos, sendo principalmente provocadas pela passagem de nuvens sobre os módulos fotovoltaicos. Este estudo tem como objetivo atenuar esses efeitos adversos nos sistemas elétricos por meio do uso de bancos de baterias, que atuam como compensadores de potência para as plantas fotovoltaicas. Para realizar as análises, foi desenvolvido um sistema de simulação teste utilizando as ferramentas MATLAB® e Simulink, onde uma planta fotovoltaica e um banco de baterias emulam características realistas. No caso da planta fotovoltaica, as irradiâncias foram geradas utilizando teoria fractal para representar o sombreamento das nuvens nos módulos ao longo do tempo. Para o banco de baterias, foi adotada uma modelagem matemática baseada na literatura. Foi desenvolvido um controlador para realizar a mitigação, utilizando como base as taxas de variação de potência geradas pela planta em uma janela móvel de tempo e um valor de taxa limite previamente definido. Dessa forma, diversos cenários foram avaliados, considerando variações no sombreamento, mudanças nos limites de taxas de variação e tamanhos das janelas móveis de tempo. Além disso, o controlador foi aprimorado com uma função de Reset, que permite que, nos momentos em que não estiver mitigando as variações, o valor de potência do banco de baterias seja reduzido a zero em rampa, evitando o uso desnecessário das baterias. Em todos os cenários, foram coletados dados quantitativos para avaliar o desempenho do controlador e do banco de baterias. Em um cenário com sombreamento de 80%, ocorreram taxas de variação de potência de 38,8%/min, valor que excede os limites estabelecidos em diversos grid codes. No entanto, o controle implementado foi capaz de mitigar e limitar as taxas de variação a um valor permitido, demonstrando sua eficácia do controle proposto. |
| Abstract: | Due to the growing penetration of photovoltaic generation in global energy matrices, intensive research and development efforts are essential to ensure that its stochastic nature does not harm electrical systems while simultaneously aiding the transition towards renewable sources. Short-duration variations, occurring within seconds to minutes, have the most significant impact on the quality of energy in electrical systems, primarily caused by clouds passing over photovoltaic modules. This study aims to mitigate these adverse effects on electrical systems through the use of battery banks, acting as power compensators for photovoltaic plants. To conduct the analyses, a test simulation system was developed using MATLAB® and Simulink tools, where a photovoltaic plant and a battery bank emulate realistic characteristics. For the photovoltaic plant, irradiances were generated using fractal theory to represent cloud shading on the modules over time. A mathematical modeling based on literature was adopted for the battery bank. A controller was developed to perform mitigation, based on power variation rates generated by the plant within a moving time window and a pre-defined rate limit value. Various scenarios were evaluated, considering variations in shading, changes in rate limit values, and sizes of the moving time windows. Additionally, the controller was enhanced with a Reset function, allowing, in moments when it is not mitigating variations, the battery bank's power value to be smoothly reduced to zero, avoiding unnecessary battery usage. Quantitative data were collected for all scenarios to assess the performance of the controller and the battery bank. In a scenario with 80% shading, power variation rates of 38.8% per minute occurred, exceeding the limits established in various grid codes. However, the implemented control was able to mitigate and limit the variation rates to an acceptable value, demonstrating the effectiveness of the proposed control. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/34153 |
| Aparece nas coleções: | PB - Engenharia Elétrica |
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