Control of converters in autonomous microgrids with distributed storage systems

Orientador: Marcelo Gradella VillalvaDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: A melhor forma de associar geração distribuída, sistemas de armazenamento e cargas é utilizando o subsistema chamado Microrrede. Este trabalho estuda e desenvolve estratégias de controle para conversores de potência conectados a uma microrrede em corrente alternada de baixa tensão, que opera isolada da rede elétrica. É desenvolvido o projeto, modelagem e controle dos três tipos básicos de conversores: conversor-formador, conversor-suporte e conversor-alimentador, sendo os dois primeiros alimentados por baterias e o último alimentado por uma fonte primária de energia genérica, exemplificado como painéis fotovoltaicos. É modelada uma microrrede com diferentes valores de impedâncias de linha entre os conversores e a carga, e deseja-se que a microrrede satisfaça três principais condições. Primeiro, que os conversores compartilhem potência ativa e reativa proporcionalmente às suas potências nominais. Segundo, prioriza-se a extração de potência do conversor alimentado por fonte renovável de energia. E, além disso, é necessário que os fluxos de potências internos da microrrede sejam balanceados e, quando há excesso de geração e as baterias já estão carregadas, deve-se reduzir a quantidade de potência gerada, a fim de evitar danos às baterias e garantir suas vidas úteis. Para isso, adota-se a estratégia de controle droop, que realiza o controle da potência ativa relacionado à frequência e da potência reativa à tensão, dispensando, assim, meios físicos de comunicação. São realizadas simulações de várias situações da microrrede para verificar a atuação dos controles desenvolvidosAbstract: The best way to associate distributed generation, storage systems, and loads is by using the subsystem called Microgrid. This work studies and develops control strategies for power converters connected to a microgrid in low voltage alternating current, which operates isolated from the power grid. The design, modeling and control of the three basic types of converters are developed: grid-forming, grid-supporting and grid-providing converters; the first two are fed by batteries and the last one is fed by a primary source of generic energy, exemplified as photovoltaic panels . A microgrid is modeled with different line impedance values between the converters and the load, and it is desired that the microgrid satisfies three main conditions. First, the converters share active and reactive power in proportion to their nominal power. Second, priority is given to the extraction of power from the converter fed by renewable energy source. In addition, it is necessary that the internal power flows of the microgrid are balanced, also, when there is excess of generation and the batteries are already charged, the amount of generated power must be reduced in order to avoid damages to the batteries and to guarantee the life cycle. For this, one adopts the droop control strategy, which performs the control of the active power related to the frequency, and of the reactive power to the voltage, and thus, physical means of communication are dispensed. Simulations of several microgrid situations are executed to verify the performance of the developed controlsMestradoEngenharia EletricaMestre em Engenharia Elétrica1443644CAPE