Discrete-time super-twisting sliding-mode control applied to a dstatcom-based voltage regulator for a self excited induction generator

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorIn the recent years we have seen that due scarcity of fossil fuels it becomes increasingly important the improvement of renewable energy such as micro hydro generation, solar energy, wind power and others. The reason for such importance is related to the consolidation of what has being called future in terms of power generation, which is based on power generation through decentralization of interconnected small generators and consumer centers. The distribution level, distributed on generation sources along with the loads connected to its bus, creates a microgrid. Depending on the instantaneous load and installed generation capacity a microgrid can behave as a consumption point or power generation at different times, being able to operate also connected to the network or isolated form according to the provided power quality or system needs in case of failure. A generation system based on a self-excited induction generator operates isolated meeting the microgrid demands. This type of electricity micro generation can answer a series of small loads by taking the advantage of the use of small waterfalls and also wind turbines, located outside major urban centers, mainly due to its characteristics of mechanical robustness and low cost when compared to synchronous machines. These energy resources can meet the need of rural properties that are not next to the electrical system, can also be a great solution for people living on islands and oil platforms. In this fashion this Master s Thesis deals with the study of a robust control based on sliding mode of a GIAE system for regulating voltage based on a static converter reactive distributed DSTATCOM. The frequency control was not covered in this in this research; however, the voltage regulation is performed from the control of reactive power assembly. This way the use of an implemented system containing a coupling motor-generator and a PWMinverter emulates the behavior of a hydro or wind micro power plant. The GIAE terminals feed a bus where are connected loads with different characteristics, featuring a microgrid, which aims to control the supply voltage stability from the generator to the isolated system. Throughout this dissertation, simulation and experimental results are presented in order to demonstrate the applicability method to control its performances and the technical feasibility of the system.Nos últimos anos se viu que a escassez dos combustíveis fosseis se torna cada vez mais importante o aprimoramento das energias renováveis, tais como: micro hidro geração, energia solar, energia eólica e outras. A razão para tal importância se deve a consolidação do que é chamado futuro em termos de geração de energia, sendo este baseado na descentralização da geração de energia através de redes interligadas de pequenos centros geradores/consumidores. A nível de distribuição, as fontes de geração distribuída, juntamente com as cargas conectadas ao seu barramento, formariam o que é definido como uma micro-rede. Dependendo da carga instantânea e da capacidade de geração instalada, uma microrede pode comportar-se como um ponto de consumo ou de geração de energia em diferentes momentos, sendo capaz também de operar conectada à rede ou de forma ilhada de acordo com a qualidade da energia fornecida ou necessidade do sistema em caso de falta. Um sistema de geração baseada em um gerador de indução auto excitado (GIAE) operando isolado (ilhado) o que vem a atender estas demandas das chamadas micro-redes. Este tipo de microgeração de energia elétrica pode atender uma série de pequenas cargas se valendo da utilização de pequenas quedas d água e também turbinas eólicas, localizadas fora dos grandes centros urbanos, devido basicamente as suas características de robustes mecânica e baixo custo, quando comparadas às máquinas síncronas. Estes recursos energéticos podem suprir a necessidade de propriedades rurais ou comunidades isoladas, tais como na região Amazônica, que não estejam próximas do sistema elétrico. Algumas técnicas de controle foram utilizadas para o sistema GIAE, tais como controladores por histerese e controladores proporcionais-integrais, as quais apresentaram a vantagem relacionada a simplicidade estrutural, porém os controladores não apresentam um grau de robustez adequado. Neste sentido, a presente Dissertação de Mestrado trata do estudo de um controle robusto baseado em modos deslizantes de um sistema GIAE para regulação de tensão baseado em um conversor estático de reativos distribuído DSTATCOM. Este controlador busca incrementar o grau de robustez se comparado aos controladores anteriormente propostos. O controle de frequência não foi abordado nesta dissertação, porém, a regulação de tensão é realizada a partir do controle da potência reativa do conjunto. Utilizando um sistema implementado contendo um acoplamento motor/gerador e um inversor pwm que pode emular o comportamento de uma micro central hidrelétrica ou eólica. Os terminais do GIAE alimentam um barramento onde são conectadas cargas com características distintas, caracterizando uma micro-rede, tendo como objetivo a regulação de tensão fornecida pelo gerador ao sistema isolado. Ao longo desta dissertação, resultados de simulações e experimentais são apresentados, a fim de que, seja demonstrada a aplicabilidade dos métodos de controle, seus desempenhos e a viabilidade técnica do sistema