Análise, projeto e implementação de um sistema monofásico de geração distribuída conectado a redes fracas

• Main Author: Aguiar, Everton Luiz de
• Other Authors: Carati, Emerson Giovani
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2015
• Subjects: Geração distribuída de energia elétrica; Redes elétricas; Conversores de corrente elétrica; Distributed generation of electric power; Electric networks; Electric current converters
• Online Access: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/1249

O incentivo a geração distribuída é uma tendência mundial, no sentido de diversificar e reforçar a malha de geração de energia elétrica. A normativa número 482, de 2012, desburocratiza o acesso de micro e mini geradores distribuídos à rede elétrica monofásica, possibilitando que os consumidores residenciais passem a atuar também como elementos geradores de energia elétrica. Dentre as formas de energia primária renováveis disponíveis na natureza, a eólica e a solar são as mais promissoras para unidades de geração residenciais. Este trabalho apresenta uma abordagem unificada da conexão de uma unidade de microgeração à rede monofásica fraca através de conversor CA-CC-CA. É definida uma estrutura de conexão que permite a regulação da tensão do barramento CC e da corrente de saída. É proposta uma estrutura de controle no referencial síncrono (d-q), cuja referência é fixada na tensão no ponto comum de conexão. A sincronização das grandezas em d-q é obtida por meio de um estimador baseado no Filtro de Kalman com ganhos fixos. O modelo matemático da etapa de conexão com a rede monofásica no domínio do tempo é determinado, tanto no referencial estático quanto no referencial síncrono. A abordagem matemática no domínio complexo também é considerada. Baseando-se no princípio da superposição, a resposta em frequência das grandezas do sistema de geração proposto é determinada. A parametrização dos controladores é realizada considerando-se um sistema dinâmico de ordem reduzida, baseado no modelo no referencial síncrono. As equações de estado dos controladores são inseridas no modelo da planta, e uma noção da análise de estabilidade é apresentada. Resultados de simulação são apresentados, para as etapas de conexão com carga isolada e para a sincronização com a rede da concessionária. Uma plataforma multi-uso para validação experimental é desenvolvida, e os resultados experimentais são mostrados. Resultados experimentais da estrutura de controle proposta são apresentados, de forma a validá-lo. === Encouraging distributed generation is a worldwide trend to diversify and strengthen the network of power generation. The normative number 482, 2012, reduces bureaucracy in accessing micro and mini single phase distributed generators to the power grid, allowing residential consumers act as electric power generators elements. Among the forms of renewable primary energy available in nature, wind and solar are the most promising for generating residential units. This paper presents a unified approach to connecting a unit of micro generation to the single-phase weak grid via AC-DC-AC converter. A structure of connection allows the adjustment of the DC bus voltage and the output current is defined. It is proposed a control structure in the synchronous reference frame (dq), whose reference voltage is fixed at the common connection point. The dq magnitudes synchronization is obtained by means of an estimator based on Kalman filter with fixed gains. The mathematical model of the single phase connection step in the time domain is determined, both in static as in the synchronous reference frame. The mathematical approach in the complex domain is also considered. Based on the principle of superposition, the frequency responses of the variables of the proposed generation system are determined. The parameterization of the controllers is performed considering a dynamic system of reduced order model based in the synchronous reference frame. The state equations of the controllers are included in the plant model, and a sense of the stability analysis is presented. Simulation results are presented for connection with isolated load and synchronization with the utility single phase grid. A multi-purpose platform for experimental validation is performed, and the experimental results are shown. Experimental results of the proposed control structure is presented in order to validate it.