Control of AC microgrids: study of frequency and voltage regulation

This work focuses on presenting a study about the control of AC microgrids, mainly addressing the secondary control for frequency and voltage regulation during isolated (islanded) operation. The main issues regarding the control of AC microgrids are discussed through a bibliographical review, focusing on distributed and hierarchical strategies, presenting the objectives, mains limitations and advantages of the most relevant techniques. As the most important contribution, is the proposal and study, by means of several computational simulations, of a secondary control to regulate the frequency and voltages of the microgrid. The main features of the strategy are: complete decentralization; simplicity of implementation, tuning and mathematical modeling. In addition, are presented and validated with computational simulations: a strategy for steady state compensation of the voltage drop at the virtual impedances, without cancelling its dynamic contribution; a simple modification in the implementation of the proposed secondary control for proper operation in systems with generating units of distinct nominal power ratings. Although the electric power quality in the microgrid for islanded operation, with respect to frequency and voltages amplitude, is the central axis of this work, the problem of power sharing between generating units is discussed at several points throughout the text, because of its great importance and strong relation with the technique adopted for primary and secondary control. The studied secondary control did not caused problems for the power sharing, and even reduced the deviations in the reactive power sharing in several analyzed cases.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorDissertação (Mestrado)O foco deste trabalho é apresentar um estudo sobre o controle de microrredes em CA, abordando principalmente o controle secundário para regulação de tensão e frequência durante operação isolada (ilhada). Os principais aspectos sobre o controle de microrredes CA são discutidos através de uma revisão bibliográfica, com foco em estratégias distribuídas e hierárquicas, apresentando os objetivos, principais limitações e vantagens das técnicas mais relevantes. Como principal contribuição, é proposto e estudado, através de diversas simulações computacionais, um controle secundário para regulação da frequência e tensões da microrrede. Algumas características principais da estratégia são: descentralização total; simplicidade na implementação, ajuste e modelagem matemática. Adicionalmente, são apresentados e validados por simulação: uma estratégia para compensação da queda de tensão em regime permanente nas impedâncias virtuais, sem prejuízo na sua contribuição dinâmica; uma simples adaptação na implementação do controle secundário proposto para funcionamento adequado em sistemas com unidades geradoras de capacidades nominais distintas. Ainda que o eixo central do trabalho seja a qualidade da energia na microrrede em operação ilhada - especificamente no tocante à frequência e amplitude das tensões - o assunto da distribuição equitativa de potência entre as unidades geradoras é resgatado em diversos pontos ao longo do texto, devido à sua grande importância e forte relação com a técnica adotada para o controle primário e secundário. O controle secundário estudado não trouxe problemas para a distribuição de potência, tendo, inclusive, melhorado os desvios na distribuição de potência reativa em diversos casos