Similarité vectorielle

Com o objetivo de propor uma topologia de inversor e controlador conveniente para operação de uma microrrede de baixa inércia, opta-se neste trabalho pela utiliza- ção de um inversor do tipo Grid-Supporting com um controle multimalhas.

O controle multimalhas é composto por uma malha de controle de potência, na qual implementa-se emulação de inércia baseado no controle droop de potência ativa, enquanto que o módulo da tensão de saída é calculado via droop de potência reativa. Em série com o controle de potência, implementa-se um controle em cascata de tensão e corrente, como é apresentado pela a Figura 18.

Tabela 1 – Vantagens e desvantagens de diferentes métodos de emulação de inércia.

Técnica de Controle Vantagens Desvantagens

Modelo detalhado da máquina síncrona

- Emula com precisão as dinâmi- cas da máquina síncrona; - Não necessita de derivada da frequência;

- Utiliza PLL somente para a sin- cronização do inversor.

- Detalhamento desnecessário para auxílio na estabilidade do sistema;

- Instabilidade numérica obser- vada na implementação;

- Tipicamente necessita da utili- zação de estruturas adicionas de proteção de sobrecorrente.

Equação de Oscila- ção

- Fácil implementação;

- Não necessita da derivada da frequência;

- Utiliza PLL somente para a sin- cronização;

- Possibilidade de ser combinado com diversas estruturas de con- trole adicionais.

- Oscilação de potência e

frequência;

- Tipicamente necessita da utili- zação de estruturas adicionas de proteção de sobrecorrente.

Medição de frequên- cia da rede

- Fácil implementação;

- Inversor tipicamente implemen- tado como fonte de corrente.

- Instabilidade devido ao PLL em redes fracas;

- Não possui a capacidade de operar em sistemas ilhados; - Necessita da derivada da frequência, sendo sensível à ruí- dos.

Controle droop

- Fácil implementação;

- Não necessita de comunicação entre unidades de geração; - Possibilidade de ser combinado com diversas estruturas de con- trole adicionais;

- Utiliza PLL somente para a sin- cronização do inversor;

- Extensa literatura para aplica- ções em microrredes.

- Resposta transitória lenta; - Circulação imprópria de potên- cia entre inversores durante tran- sitórios.

3.9 CONCLUSÕES

Este capítulo tem como principal objetivo apresentar as topologias de inversores e controladores para aplicações em microrredes de baixa inércia. A relevância da inércia em sistemas de energia é apontada no início do capítulo com o viés de auxiliar na estabilidade de frequência de sistemas de energia. Além disso, comenta-se que microrredes tipicamente possuem baixa inércia, devido às tecnologias de geração de energia utilizadas nessas aplicações.

Em seguida apresenta-se os objetivos de controle de inversores em microrredes de baixa inércia, enfatizando que em sistemas de energia com limitações de recursos de controle, as unidades de geração com interface de eletrônica de potência devem auxiliar no controle de frequência e tensão. Outros objetivos citados são: possibilitar a sincronização da fonte com a microrrede, operação em paralelo de diferentes fontes e assegurar a qualidade na energia injetada. Além disso, as diferentes topologias e metodologias de controle são revisadas.

Discute-se ainda a possibilidade de emular inércia via inversores para auxiliar o controle de frequência de microrredes. Para melhor compreender o estado da arte da tecnologia, faz-se uma revisão bibliográfica detalhada sobre métodos de emular a resposta inercial de máquinas síncronas, bem como as considerações necessárias para que possam ser implementados e modelados do modo adequado. Em acréscimo, algoritmos e estruturas de controladores utilizados para este fim são comparados. Ponderando-se suas vantagens e desvantagens, decide-se pela utilização neste traba- lho do método de emulação de inércia baseado no controle droop.

No próximo capítulo são apresentados mais detalhes sobre a topologia e con- trole escolhidos, bem como a modelagem dinâmica das fontes de geração para possi- bilitar um melhor ajuste de controladores e análise de estabilidade.

4 MODELAGEM DINÂMICA DE VSIS

4.1 INTRODUÇÃO

De modo a facilitar estudos em sistemas de energia com grande inserção de fontes de energia via interfaces de eletrônica de potência, o que é normalmente o caso de microrredes, é preciso desenvolver modelos matemáticos que representem eventos físicos com precisão. Esses modelos são de grande valia para viabilizar novas estratégias de controle, executar análises de estabilidade e identificar novos problemas que possam surgir com o aumento de geração de energia a partir de fontes não convencionais.

Este capítulo visa desenvolver um modelo dinâmico para fontes de geração conectadas à rede via inversores. O objetivo principal para a elaboração desta mode- lagem é possibilitar análises de estabilidade a pequenas perturbações e auxiliar nos ajustes dos controladores dos Inversores Fonte de Tensão (VSIs). Assim, todos os modelos apresentados são linearizados em torno de um ponto de operação e repre- sentados por equações no espaço de estados. A estratégia de modelagem adotada é modular, facilitando a adaptação do modelo obtido para diversas topologias de inver- sores e estratégias de controles distintas.

Em eletrônica de potência é comum desenvolver a modelagem dinâmica con- siderando diversos sistemas de coordenadas, como por exemplo coordenadas αβγ, dq0 e abc. Opta-se neste trabalho pela modelagem em coordenadas dq0, obtidas a partir da transformação de Park (PARK, 1929).

Este capítulo inicia com a apresentação da modelagem do barramento em cor- rente contínua (CC) e dos interruptores do inversor. Em seguida é feita uma discussão sucinta sobre filtros típicos utilizados na saída dos inversores, e são apresentadas equações que representam o comportamento dinâmico do inversor. Em uma terceira etapa, é apresentada com mais detalhes a estrutura de controle multimalhas proposta no Capítulo 3, bem como sua representação linearizada no espaço de estados. Para finalizar, todos os modelos desenvolvidos são agrupados em um único modelo do VSI no espaço de estados.

Para cumprir os objetivos acima, este capítulo é dividido em Introdução, Topo- logias Típicas para VSIs, Modelagem de Inversores e Filtro de Saída, Modelagem de Controladores do VSI, Modelo Completo do VSI e Conclusão.