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Type: Dissertação
Title: Estudo e regulação dos níveis de tensão em sistemas de distribuição com alta penetração de renováveis utilizando simulações em tempo real
Author: Archetti, João Antônio Guédes
First Advisor: Oliveira, Janaína Gonçalves de
Co-Advisor: Oliveira, Leonardo Willer de
Referee Member: Dias, Robson Francisco da Silva
Referee Member: Passos Filho, João Alberto
Resumo: Este trabalho apresenta uma análise do comportamento dos perfis de tensão de sistemas de distribuição resultantes de diferentes níveis de penetração fotovoltaica (PV). Além disso, o trabalho apresenta toda a modelagem do Conversor CC/CA Fonte de Tensão (VSC) (Converter Source Voltage) de um único estágio, com suas respectivas malhas de controle, o circuito de sincronismo (SRF-PLL) (Synchronous Reference Frame Phase- Locked- Loop) e o rastreador de máxima potência (MPPT) (Maximum Power Point Tracking). As simulações são realizadas em tempo real, utilizando o RTDS (Real Time Digital Simulation) e o dSPACE(Digital Signal Processing and Control Engineering) em uma simulação Hardware In The Loop (HIL) para um sistema teste do IEEE - IEEE 13 Node Test Fedder, onde sua modelagem é desenvolvida no softwaredo RTDS, o RSCAD. Os controles são processados externamente no dSPACE. Outro sistema, Europeu de 18 Barras obtido do Cigré, também é modelado no RSCAD e seus controles são embarcados em um bloco de programação na linguagem "C"do próprio software. O conceito de inversor inteligente é introduzido no trabalho para este sistema, com a utilização do controle Volt-Var-Watts (VVW), a fim de se evitar sobretensão no Ponto de Acoplamento Comum (PAC) e seu consequente desacoplamento da rede. A atuação Volt-Watt desenvolvida para atuar no algoritmo de MPPT é uma possível contribuição do trabalho, visto que na literatura não se específica sua forma de atuação no sistema. Perfis de cargas residenciais, curvas de radiação solar e temperatura são discretizadas com base horária durante um período diário, cuja utilização visa tornar as simulações mais realistas. Estas são separadas em dois cenários, sendo o primeiro definido para o sistema IEEE 13 barras em Média Tensão (MT), onde o controle do perfil de tensão é feito por um Regulador de Tensão (RT) presente na subestação. O segundo, por sua vez, é definido para o sistema Cigré 18 barras em Baixa Tensão (BT), utilizando o conceito dos inversores inteligentes. O uso de inversores distribuídos é investigado como alternativa economicamente viável para se evitar o aumento de investimento em infraestrutura por parte da concessionária e auxiliar no controle da tarifa de energia repassada aos consumidores, considerando ainda que apenas o RT pode não ser suficiente para manter a tensão de sistemas com alta penetração local de renováveis na modalidade de Geração Distribuída (GD). Os resultados obtidos com o RT são satisfatórios, entretanto, para altos níveis de penetração PV, e dependendo da distância do PAC para o centro de carga da rede de distribuição, o mesmo não é capaz de manter a tensão em níveis aceitáveis. O controle Volt-Var-Watt demonstrou-se promissor para controle local na rede para até 20% de penetração fotovoltaica, acima desse percentual, em instantes de tempo esporádicos ocorreu sobretensão em algumas barras do sistema.
Abstract: This work presents a voltage analysis in distribution systems with different levels of PhotoVoltaic (PV) penetration. In addition, the work brings modeling of a single-stage converter, based on a Voltage Source Converter (VSC) topology with its respective control loops. Synchronous Reference Frame Phase-Locked Loop (SRF-PLL) and Maximum Power Point Tracking (MPPT) are also discussed and applied. Simulations are performed in real time using Real Time Digital Simulation (RTDS). For the IEEE 13 Node Test Feeder, modeling is developed in the RTDS software and the control is processed externally in dSPACE, resulting in a Hardware In The Loop (HIL) simulation. The European 18 Bus system obtained from Cigré is also modeled in RSCAD software and its controls are embedded in a programming block in the software’s own "C" language. The smart inverter concept is introduced in the work for the European system, using the Volt-Var-Watts control, in order to avoid overvoltage at the Common Coupling Point (PCC) and its consequent uncoupling from the network. The Volt-Watt performance developed to act in the MPPT algorithm is a possible contribution of the work, since in the literature its form of actuation in the system is not specific. Residential load profiles, solar radiation curves, and temperature are discretized on an hourly basis over a daily period, the purpose of which is to make the simulations more realistic. Simulation results are separated into two scenarios, the first being defined for the IEEE system 13 buses in Medium Voltage (MV), where the control of the voltage profile is done by a Voltage Regulator (VR) present in the substation. The second is defined for the system Cigré 18 buses in Low Voltage (LV), using the concept of smart inverters. The use of distributed inverters is investigated as an economically viable alternative to avoid the increase of investment in infrastructure by the concessionaire and to assist in the control of the energy tariff passed on to consumers, considering that only the RT may not be enough to maintain the voltage of systems with high local penetration of renewables in the form of Distributed Generation (DG). The results obtained with RT are satisfactory, however, for high levels of PV penetration, and depending on the distance from the PAC to the load center of the distribution network, it is not able to keep the voltage at acceptable levels. The Volt-Var-Watt control was promising for local control in the network for up to 20 % of PV penetration, above this percentage, at sporadic times of time overvoltage occurred in some buses of the system.
Keywords: Regulação de tensão
Inversores inteligentes
Simulação em tempo real
Alta penetração PV
Geração distribuída
Voltage regulation
Smart inverters
Real-time simulation
High penetration PV
Distributed generation
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: Faculdade de Engenharia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
Access Type: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/10048
Issue Date: 22-Feb-2019
Appears in Collections:Mestrado em Engenharia Elétrica (Dissertações)



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