Development and modeling of a low voltage direct current distribution nanowire with distributed generation systems

The concept of direct current distribution minigrids has been gaining ground in academia and industry regarding the development of distribution grid applications with high penetration of distributed energy sources and storage systems. The adoption of a direct current distribution system facilitates the integration of sources such as photovoltaic and wind generation and storage systems such as batteries, as these technologies in general operate intrinsically in direct current. This work presents the development of a direct current distribution nanogrid (DCDN) installed in the laboratory of the Grupo de Estudos e Desenvolvimento de Alternativas Energéticas (GEDAE), of the Universidade Federal do Pará. The developed grid is composed of three photovoltaic generation and storage systems in battery banks and three load banks, distributed over the 200 m grid in a ring topology, with a 24 Vdc bus. Two simulation methodologies were developed and are capable of reproducing the nanogrid’s operational behavior under static and dynamic conditions, allowing the evaluation of the grid performance over a day of operation. Tests are also presented with measurements at strategic points of the grid to evaluate the system behavior under specific operating conditions, being normal or under contingency. The results attest the nanogrid's ability to reliably supply the loads, as long as it respects the limitations of the implemented power generation and storage capacities. In addition, it was found that the characteristics related to the topology of the commercial charge controller that is used to form the DC distribution nanogrid benefits the power quality for the developed grid size and topology.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorO conceito de minirredes de distribuição em corrente contínua (c.c.) vem ganhando espaço na academia e na indústria no que diz respeito ao desenvolvimento de aplicações de redes de distribuição com grande inserção de geração distribuída e sistemas de armazenamento de energia. A adoção de um sistema de distribuição em corrente contínua facilita a integração de fontes como a geração fotovoltaica e a eólica e de sistemas de armazenamento, como baterias, uma vez que estas tecnologias em geral operam intrinsecamente em corrente contínua. Neste sentido, este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma nanorrede de distribuição em corrente contínua (NDCC) instalada no laboratório do Grupo de Estudos e Desenvolvimento de Alternativas Energéticas (GEDAE), da Universidade Federal do Pará. A rede desenvolvida é composta por três sistemas de geração fotovoltaica (FV) e armazenamento em bancos de baterias e três bancos de carga majoritariamente resistiva, distribuídos ao longo dos 200 m de rede de topologia em anel, em um barramento de 24 Vcc. Foram desenvolvidas duas metodologias de simulação capazes de reproduzir o comportamento operacional da nanorrede em condições estáticas e dinâmicas, possibilitando a avaliação do desempenho da rede ao longo de um dia de operação. Também foram realizados ensaios com medições em pontos estratégicos da rede, a fim de avaliar o comportamento do sistema mediante condições especificas de funcionamento, normais e em contingência. Os resultados obtidos atestam a capacidade da nanorrede em atender as cargas de maneira confiável, desde que respeitadas as limitações do sistema de geração e armazenamento de energia implementados. Além disso, verificou-se que as características relativas à topologia do controlador de carga comercial utilizado para compor a nanorrede de distribuição em corrente contínua são benéficas à qualidade da energia para o porte e topologia da rede desenvolvida.Universidad Nacional de Juliaca, UNJ, Peru