Discrete event development of a controller phase balancing for legacy low voltage and microgrid systems

In the up-grading of the legacy low-voltage system as urban microgrids, phase - balance algorithm development becomes useful and important to ensures robust and reliable load balancing, establish an efficient automation workflow among consumers, the legacy lowvoltage grid and the supervision center of the distribution network of electrical power. It constituting an alternative. This may constitute an alternative phase-balancing control system based on consumer units dynamic switching rather than electrical current injection by microgrids. Formal automation design of these algorithms become an interesting milestone for performance evaluation and properties validation for their insertion in the new microgrid architecture. This may evaluate the system's reliable performance when verifying dynamic properties as well as, the univocal solutions that ensure load transfer and load stability robustness of low-voltage grid, without operation interruptions neither conflicting events. This work, proposes a new phase-load- balancing control system based on combined algorithms resulting from a Hierarchical Petri net system design. Through this model it was obtained an optimized and reliable automated workflow of load balance in the low-voltage grid phases, with an efficient choice of consumer units for the switching process, aiming to obtain a robust steady state of load against unbalances between phases, and neutral current minimized. From the model obtained called “Transformer- Phase Balancing Controller” (T-PBC) were developed four integrated algorithms: the Load Transfer Algorithm, that calculates the load imbalance level and power to be transferred in the transformer phases; the Consumption Diagnose Algorithm, that identifies the load levels margins in each consumer unit; the Consumption Forecast Algorithm, that forecast the monthly energy future states in consumers; and the Switch Selection Algorithm, that selects the consumers units to switch based on the future state of energy consumption, the load level margins and the average of the energy future states. Based on the performance results, it was obtained, the efficient reduction of the neutral current and the load average unbalance in the low-voltage grid phases, with load stability robustness about three months, making it an efficient alternative system against load unbalances in the legacy low-voltage grid and the microgrids.FAPEAM - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do AmazonasNa modernização do sistema legado de baixa tensão como microgrids urbanas, o desenvolvimento de algoritmos de balanceamento de fases torna-se útil e importante para garantir o equilíbrio robusto e confiável de carga, estabelecer um fluxo de automação eficiente entre os consumidores, a rede legada secundária e o centro de supervisão do sistema de distribuição de energia elétrica. Isso pode se constituir num sistema de controle alternativo de balanceamento de fases (via comutação dinâmica de unidades consumidoras) ao método de injeção de corrente na rede por microgrids. Modelos formais de automação desses algoritmos se tornam um marco interessante para a avaliação do desempenho e de propriedades para a validação da sua inserção na nova arquitetura de microgrids urbanas. Eles podem avaliar o desempenho confiável do sistema, quando da verificação de propriedades dinâmicas que garantam soluções unívocas para transferência de carga e a robustez da estabilidade de carga na rede secundária, sem paradas na operação, nem eventos conflitantes. Este trabalho propõe um novo sistema de controle de balanceamento de fases, baseado em algoritmos combinados resultantes de um modelo em redes de Petri hierárquicas. A través desse modelo, foi obtido um fluxo de operações automatizado, ótimo e confiável de balanceamento de carga nas fases da rede secundária, com seleção eficaz das unidades consumidoras, para o processo de comutação, visando obter um estado de equilíbrio de carga robusto a desbalanceamentos entre as fases, e com corrente de neutro minimizada. A partir do modelo obtido, denominado “Controlador de Balanceamento de Fases do Transformador” (CBF-T) foram desenvolvidos quatro algoritmos combinados: o Algoritmo de Transferência de Carga, que calcula o nível de desbalanceamento e a potência a ser transferida nas fases do transformador; o Algoritmo de Diagnóstico de Consumo, que identifica a margem de concentração de carga no consumidor; o Algoritmo de Previsão de Consumo, que prediz os estados futuros de energia mensais no consumidor; e o Algoritmo de Seleção de Comutação, que seleciona os consumidores para comutação, em função do estado futuro de consumo de energia, margem de concentração de carga e da média dos estados futuros de energia. Baseado nos resultados obtidos, notou-se a diminuição eficiente da corrente de neutro e do desbalanceamento médio de carga nas fases da rede secundária, com robustez de estabilidade de carga para três meses, tornando-se um sistema eficiente para a solução de desbalanceamentos tanto na rede secundária legada, como também em microgrids.UEA - Universidade do Estado do Amazona