Estudo e desenvolvimento de inversores multiníveis para aplicações em redes inteligentes de distribuição de energia elétrica

Orientador: José Antenor Pomilio, Helmo Kelis Morales ParedesTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: Sistemas com geração distribuída têm se tornado comum ao longo dos últimos anos devido ao crescente aproveitamento de fontes renováveis de energia. Nesse contexto, acumuladores de energia e seus conversores de potência têm sido adicionados ao sistema com a finalidade de armazenar e fornecer energia em momentos oportunos. Com a finalidade de garantir confiabilidade, fornecimento interrupto, eficiência e estabilidade, sistemas de supervisão e de controle devem ser implementados em tais redes, caracterizando-as como sistemas inteligentes. Tais sistemas devem coordenar os modos de operações dos geradores e conversores. Esta tese apresenta um projeto de pesquisa que abrange o estudo e desenvolvimento de inversores multiníveis para aplicações em sistemas inteligentes de distribuição. O estudo aborda as topologias cascatas simétrica e assimétrica, indicando os principais conceitos sobre a estrutura, a modulação, a distribuição de potência nos módulos, o filtro de saída e os controladores de corrente e tensão, além de outros. Além disso, a tese propõe um sistema armazenador à baterias interativo. A interação faz com que o armazenamento seja capaz de realizar funções auxiliares e de operar em redes com controle local e centralizado. As decisões sobre o modo de operação são tomadas com base em regras específicas. Uma operação sinérgica é atingida quando o armazenador opera em conjunto com outro dispositivo inteligente. Conceitos sobre rede inteligentes são apresentados a fim de esclarecer como a inteligência proposta contribui para a realização das smart-grids. A eficácia do estudo e da inteligência proposta é verificada através de simulação e de resultados experimentaisAbstract: Distributed generation systems have become common along the last years due to the development of renewable energy sources. Additionally, storage technologies and their respect power converters have been added into the system in order to store and to supply energy in suited moments. By aiming the reliability, uninterrupted supplying, efficiency and stability, centralized controllers were implemented in distributed system, making them to be entitled smart-grids. Such controllers manage the operation modes of the system generators and converters. This thesis presents a research project covering the study and development of multilevel converters for applications in intelligent distribution systems. The study approaches the cascaded symmetrical and asymmetrical topologies, indicating the main concepts about the structure, the modulation, the power distribution across the modules, the output filter and the current and voltage controllers, among others. Afterwards, the thesis proposes an Interactive Battery-Based Storage system. The interaction makes the storage to be able to perform ancillary functions and to operate coordinately with centralized and local controllers. Decisions on the operation mode are taken based on specific rules. Additionally, a synergistic operation is achieved when the Interactive Battery-Based Storage works with another intelligent power device. Concepts about micro and smart-grids are also presented in order to clarify how the proposed intelligence contributes to the smart-grid realization. The efficacy of the study and the proposed IBBS were verified through simulation and experimental resultsDoutoradoEnergia EletricaDoutor em Engenharia Elétrica2012/23914-5FAPES