Estratégia de gerenciamento de potência em conversores de interligação modificados para a melhoria da qualidade da energia em microrredes híbridas CA/CC [recurso eletrônico]
João Pedro Carvalho Silveira
TESE
Português
T/UNICAMP Si39e
[Power management strategy in modified interlinking converters to the power quality improvement in hybrid AC/DC microgrids]
Campinas, SP : [s.n.], 2022.
1 recurso online (145 p.) : il., digital, arquivo PDF.
Orientadores: Ernesto Ruppert Filho, Tárcio André dos Santos Barros
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação
Resumo: O aumento da presença de fontes renováveis de energia nas matrizes energéticas globais está diretamente associado aos aspectos ambientais e ao avanço nos conceitos de redes elétricas inteligentes. Apesar disso, a intermitência de tais fontes é responsável por impactos negativos no...
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Resumo: O aumento da presença de fontes renováveis de energia nas matrizes energéticas globais está diretamente associado aos aspectos ambientais e ao avanço nos conceitos de redes elétricas inteligentes. Apesar disso, a intermitência de tais fontes é responsável por impactos negativos no fornecimento de energia elétrica, tanto em aspectos de qualidade do produto quanto na confiabilidade do sistema. De modo a superar esses obstáculos, perspectivas futuras indicam os sistemas de armazenamento de energia como soluções promissoras. No contexto de microrredes, o sistema de armazenamento de energia é uma tecnologia crucial para operações em modo autônomo, sendo também importante para melhorar a operação no modo conectado à rede elétrica. A tese proposta tem como objetivo estabelecer estratégias de gerenciamento de potência para aprimorar a qualidade de energia em uma microrrede híbrida CA/CC operando nos modos conectado à rede e autônomo. Para isso, emprega-se uma topologia de conversor de interligação modificada, que atua como um sistema de armazenamento de energia centralizado. Essa topologia é denominada como Conversor de Interligação de Dois Estágios com Dispositivo de Armazenamento de Energia, no inglês, Two Stages Interlinking Converter with Energy Storage Device (TSILC-ESD). Ela é composta por um conversor CC-CC meia ponte bidirecional em conjunto com um conversor CC-CA fonte de tensão, no qual, conecta-se um sistema de armazenamento de energia por baterias no barramento CC de interligação dos estágios dos conversores. Além do TSILC-ESD, um conversor de interligação é utilizado para a formação de microrredes nos dois modos de operação. No gerenciamento de potência em operação conectada à rede, os conversores de interligação atuam na formação da microrrede CC, no compartilhamento de potência, na regulação de tensão, na mitigação de harmônicas e na compensação de reativos, empregando serviços anciliares à rede elétrica. No modo autônomo, os conversores operam de modo a formar as microrredes CA e CC, além de mitigar as harmônicas de tensão, o que permite uma operação satisfatória da microrrede híbrida isolada. Para adicionar aspectos de proteção às baterias, também se propõem um sistema de gerenciamento de baterias com base no estado de carga para cada um dos modos de operação. Quando a microrrede híbrida atua no modo conectado à rede, o dano às baterias é evitado por meio da restrição de operação do TSILC-ESD, enquanto no modo autônomo, tais dispositivos são preservados mediante a seletividade de cargas e fontes do sistema. Assim, o software MatLab/Similink é utilizado para simular a microrrede híbrida com a configuração proposta, de modo a permitir a avaliação da performance dos gerenciamentos de potência e de baterias desenvolvidos nesta tese. Os resultados apresentam uma operação satisfatória nos dois modos de operação, com uma melhora de desempenho na qualidade da energia elétrica nos pontos de acoplamento da microrrede híbrida. Também se verifica uma atuação adequada do sistema de gerenciamento de baterias, evitando condições de operação danosas a esses dispositivos de armazenamento
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Abstract: The increase of renewable energy sources presence in the global energy matrices is directly associated with environmental aspects and the advances of the smart grid concepts. Despite this, the intermittence of such sources is responsible for negative impacts on the electricity supply, both...
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Abstract: The increase of renewable energy sources presence in the global energy matrices is directly associated with environmental aspects and the advances of the smart grid concepts. Despite this, the intermittence of such sources is responsible for negative impacts on the electricity supply, both in terms of product quality and system reliability. In order to overcome these obstacles, future perspectives indicate the energy storage systems as promising solutions. In the microgrids context, the energy storage system is a crucial technology for operations in standalone mode, being also important to improve operation in grid-connected mode. The thesis proposed aims to establish power management strategies (PMS) to improve the power quality of a hybrid AC/DC microgrid operating in grid-connected and standalone modes. For this, a modified interlinking converter topology is used, which acts as a centralized energy storage system. Such topology is called the Two Stages Interlinking Converter with Energy Storage Device (TSILC-ESD), being composed by a bidirectional half-bridge DC-DC converter in cascaded with a voltage source DC-AC converter. Besides, a battery energy storage system is connected in the DC bus between the converter stages. In addition to TSILC-ESD, an Interlinking converter is used to form the microgrids in both operation modes. In the power management of the grid-connected mode, the interlinking converters act in the DC microgrid formation, the power sharing, the voltage regulation, the harmonic mitigation and the reactive compensation, employing ancillary services to the utility grid. In standalone mode, the converters operate act as grid-forming to the AC and DC microgrids, in addition to mitigating voltage harmonics, that allows for satisfactory operation of the standalone hybrid microgrid. To include protection aspects to the batteries, a battery management system (BMS) based on the state of charge is also proposed for each of operation modes. When the hybrid microgrid operates in grid-connected mode, damage to the batteries is avoided by the operation restriction of the TSILC-ESD, while in standalone mode, such devices are preserved by means of the selectivity of loads and sources of the system. Thereby, the MatLab/Similink software is used to simulate the hybrid microgrid with the proposed configuration, in order to allow the evaluation performance of the PMS and BMS developed in this thesis. The results show a satisfactory behave in both operation modes, with an power quality improvement in the point coupling common of the hybrid microgrid. An adequate performance of the battery management system is also verified, avoiding harmful operating conditions for these storage devices
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Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDF
Ruppert Filho, Ernesto, 1948-
Orientador
Barros, Tárcio André dos Santos, 1987-
Coorientador
Coelho, Ernane Antônio Alves
Avaliador
Pereira, Heverton Augusto
Avaliador
Arioli, Fernanda Caseño Trindade, 1984-
Avaliador
Ota, João Inácio Yutaka
Avaliador
Estratégia de gerenciamento de potência em conversores de interligação modificados para a melhoria da qualidade da energia em microrredes híbridas CA/CC [recurso eletrônico]
João Pedro Carvalho Silveira
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