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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/36483| Título: | Estudo e modelagem da estratégia de controle seguidor de rede no contexto de recursos de geração baseados em inversores |
| Título(s) alternativo(s): | Study and modeling of grid-following control strategy in the context of inverter-based generation resources |
| Autor(es): | Santos, Arthur Enrico Ceci dos |
| Orientador(es): | Machado, Sebastián de Jesús Manrique |
| Palavras-chave: | Energia - Fontes alternativas Inversores elétricos Redes elétricas Renewable energy sources Electric inverters Electric networks |
| Data do documento: | 20-Jun-2024 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Apucarana |
| Citação: | SANTOS, Arthur Enrico Ceci dos. Estudo e modelagem da estratégia de controle seguidor de rede no contexto de recursos de geração baseados em inversores. 2024. Trabalho de Conclusão de Curso (Engenharia Elétrica) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Apucarana, 2024. |
| Resumo: | As fontes de energia alternativas renováveis estão cada vez mais presentes nos sistemas elétricos de potencia. Embora representem uma excelente opção no caminho à descarbonização, a crescente penetração dessas fontes traz desafios na operação desses sistemas, uma vez que a geração dessas fontes não tem o mesmo comportamento das já bem estabelecidas maquinas síncronas. O aumento do uso de inversores eletrônicos nos sistemas de potência, fundamentais para a integração das fontes alternativas renováveis, provoca um desacoplamento entre cargas e fontes, resultando na diminuição da inércia dos sistemas. Essa diminuição da inércia, por sua vez, provoca dificuldades no controle da frequência quando o sistema é sujeito a desbalanços de carga. A estratégia de controle mais difundida e amplamente aplicada nos inversores de frequência comerciais utilizados na geração de energia é o controle seguidor de rede. Neste tipo de controle, a sincronização ´e dada pelo PLL (do inglês Phase Locked Loop), que alinha a frequência e a fase do inversor com a rede elétrica. O inversor de frequência controlado sob a estratégia de seguidor de rede ´e modelado como uma fonte de corrente, ajustando a corrente injetada na rede conforme as correntes de referência. Neste trabalho, foram aplicadas transformações de referencial e modelagem matemática do sistema, obtendo-se a função de transferência de uma planta que considera a inserção de um inversor na rede. O modelo do barramento CC foi considerado como uma fonte CC e um capacitor, o que impacta diretamente na operação do inversor nos quatro quadrantes. Este modelo permite uma análise mais precisa do comportamento do inversor sob diferentes condições de operação, incluindo a capacidade de operar nos quatro quadrantes, o que foi verificado nas simulações realizadas. Os resultados obtidos mostraram que a operação nos quatro quadrantes é viável e estável, mesmo com a inclusão de harmônicas. A presença do capacitor no barramento CC contribuiu para a estabilização da tensão CC, facilitando a operação em todos os quadrantes e melhorando a resposta do sistema a variações de carga. As simulações do controle evidenciaram que o inversor pode ajustar eficazmente a corrente injetada na rede, mantendo a sincronização com a rede elétrica e lidando com a presença de harmônicas de forma satisfatória. Esses resultados demonstram a viabilidade e robustez do modelo proposto. |
| Abstract: | Renewable alternative energy sources are increasingly present in power systems. While they represent an excellent option on the path to decarbonization, the growing penetration of these sources poses challenges in the operation of these systems, as their generation does not behave in the same way as the well-established synchronous machines. The increased use of electronic inverters in power systems, fundamental for integrating alternative renewable sources, causes a decoupling between loads and sources, resulting in a reduction of system inertia. This reduction in inertia, in turn, creates difficulties in frequency control when the system is subject to load imbalances. The most widespread and commonly applied control strategy in commercial frequency inverters used in energy generation is grid-following control. In this type of control, synchronization is provided by the PLL (Phase Locked Loop), which aligns the inverter’s frequency and phase with the electrical grid. The frequency inverter controlled under the grid-following strategy is modeled as a current source, adjusting the current injected into the grid according to reference currents. In this work, reference frame transformations and mathematical modeling of the system were applied, obtaining the transfer function of a plant that considers the insertion of an inverter into the grid. The DC bus model was considered as a DC source and a capacitor, which directly impacts the inverter’s operation in all four quadrants. This model allows for a more accurate analysis of the inverter’s behavior under different operating conditions, including the ability to operate in all four quadrants, as verified in the simulations conducted. The results obtained showed that operation in all four quadrants is feasible and stable, even with the inclusion of harmonics. The presence of the capacitor in the DC bus contributed to the stabilization of the DC voltage, facilitating operation in all quadrants and improving the system’s response to load variations. The control simulations demonstrated that the inverter can effectively adjust the current injected into the grid, maintaining synchronization with the electrical grid and handling the presence of harmonics satisfactorily. These results demonstrate the feasibility and robustness of the proposed model. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/36483 |
| Aparece nas coleções: | AP - Engenharia Elétrica |
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