dc.creator |
PEREZ, Filipe |
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dc.date.issued |
2020-09-28 |
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dc.identifier.uri |
https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/2235 |
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dc.description.abstract |
Microgrids are a very good solution for current problems raised by the constant growth
of load demand and high penetration of renewable energy sources, that results in grid
modernization through “Smart-Grids” concept. The impact of distributed energy sources
based on power electronics is an important concern for power systems, where natural
frequency regulation for the system is hindered because of inertia reduction. In this context,
Direct Current (DC) grids are considered a relevant solution, since the DC nature of power
electronic devices bring technological and economical advantages compared to Alternative
Current (AC). The thesis proposes the design and control of a hybrid AC/DC Microgrid
to integrate different renewable sources, including solar power and braking energy recovery
from trains, to energy storage systems as batteries and supercapacitors and to loads like
electric vehicles or another grids (either AC or DC), for reliable operation and stability.
The stabilization of the Microgrid buses’ voltages and the provision of ancillary services
is assured by the proposed control strategy, where a rigorous stability study is made.
A low-level distributed nonlinear controller, based on “System-of-Systems” approach is
developed for proper operation of the whole Microgrid. A supercapacitor is applied to
deal with transients, balancing the DC bus of the Microgrid and absorbing the energy
injected by intermittent and possibly strong energy sources as energy recovery from the
braking of trains and subways, while the battery realizes the power flow in long term.
Dynamical feedback control based on singular perturbation analysis is developed for
supercapacitor and train. A Lyapunov function is built considering the interconnected
devices of the Microgrid to ensure the stability of the whole system. Simulations highlight
the performance of the proposed control with parametric robustness tests and a comparison
with traditional linear controller. The Virtual Synchronous Machine (VSM) approach is
implemented in the Microgrid for power sharing and frequency stability improvement. An
adaptive virtual inertia is proposed, then the inertia constant becomes a system’s state
variable that can be designed to improve frequency stability and inertial support, where
stability analysis is carried out. Therefore, the VSM is the link between DC and AC side
of the Microgrid, regarding the available power in DC grid, applied for ancillary services
in the AC Microgrid. Simulation results show the effectiveness of the proposed adaptive
inertia, where a comparison with droop and standard control techniques is conducted. |
pt_BR |
dc.language |
eng |
pt_BR |
dc.publisher |
Universidade Federal de Itajubá |
pt_BR |
dc.rights |
Acesso Aberto |
pt_BR |
dc.subject |
Microrredes |
pt_BR |
dc.subject |
Controle não-linear |
pt_BR |
dc.subject |
Estabilidade de sistemas de potência |
pt_BR |
dc.subject |
Regulação de tensão e frequência |
pt_BR |
dc.subject |
Métodos de Lyapunov |
pt_BR |
dc.subject |
Inércia virtual |
pt_BR |
dc.subject |
Serviços ancilares |
pt_BR |
dc.title |
Control of AC/DC microgrids with renewables in the context of smart grids including ancillary services and electric mobility |
pt_BR |
dc.type |
Tese |
pt_BR |
dc.date.available |
2020-12-04 |
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dc.date.available |
2020-12-04T12:10:10Z |
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dc.date.accessioned |
2020-12-04T12:10:10Z |
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dc.creator.Lattes |
http://lattes.cnpq.br/8905197244128668 |
pt_BR |
dc.contributor.advisor1 |
RIBEIRO, Paulo Fernando |
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dc.contributor.advisor1Lattes |
http://lattes.cnpq.br/2049448948386214 |
pt_BR |
dc.contributor.advisor2 |
LAMNABHI-LAGARRIGUE, Françoise |
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dc.contributor.advisor-co1 |
DAM, Gilney |
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dc.description.resumo |
As Microrredes são uma ótima solução para os problemas atuais gerados pelo constante crescimento
da demanda de carga e alta penetração de fontes de energia renováveis, que resulta na modernização
da rede através do conceito “Smart-Grids”. O impacto das fontes de energia distribuídas baseados
em eletrônica de potência é uma preocupação importante para o sistemas de potência, onde a
regulação natural da frequência do sistema é prejudicada devido à redução da inércia. Nesse
contexto, as redes de corrente contínua (CC) são consideradas um progresso, já que a natureza
CC dos dispositivos eletrônicos traz vantagens tecnológicas e econômicas em comparação com a
corrente alternada (CA). A tese propõe o controle de uma Microrrede híbrida CA/CC para integrar
diferentes fontes renováveis, incluindo geração solar e frenagem regenerativa de trens, sistemas de
armazenamento de energia como baterias e supercapacitores e cargas como veículos elétricos ou
outras (CA ou CC) para confiabilidade da operação e estabilidade. A regulação das tensões dos
barramentos da Microrrede e a prestação de serviços anciliares são garantidas pela estratégia
de controle proposta, onde é realizado um rigoroso estudo de estabilidade. Um controlador não
linear distribuído de baixo nível, baseado na abordagem “System-of-Systems”, é desenvolvido para
a operação adequada de toda a rede elétrica. Um supercapacitor é aplicado para lidar com os
transitórios, equilibrando o barramento CC da Microrrede, absorvendo a energia injetada por fontes
de energia intermitentes e possivelmente fortes como recuperação de energia da frenagem de trens
e metrôs, enquanto a bateria realiza o fluxo de potência a longo prazo. O controle por dynamical
feedback baseado numa análise de singular perturbation é desenvolvido para o supercapacitor e
o trem. Funções de Lyapunov são construídas considerando os dispositivos interconectados da
Microrrede para garantir a estabilidade de todo o sistema. As simulações destacam o desempenho
do controle proposto com testes de robustez paramétricos e uma comparação com o controlador
linear tradicional. O esquema de máquina síncrona virtual (VSM) é implementado na Microrrede
para compartilhamento de potência e melhoria da estabilidade de frequência. Então é proposto o
uso de inércia virtual adaptativa, no qual a constante de inércia se torna variável de estado do
sistema, projetada para melhorar a estabilidade da frequência e prover suporte inercial. Portanto,
o VSM realiza a conexão entre lado CC e CA da Microrrede, onde a energia disponível na rede CC
é usada para prestar serviços anciliares no lado CA da Microrrede. Os resultados da simulação
mostram a eficácia da inércia adaptativa proposta, sendo realizada uma comparação entre o
controle droop e outras técnicas de controle convencionais. |
pt_BR |
dc.publisher.country |
Brasil |
pt_BR |
dc.publisher.department |
IESTI - Instituto de Engenharia de Sistemas e Tecnologia da Informação |
pt_BR |
dc.publisher.program |
Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia Elétrica |
pt_BR |
dc.publisher.initials |
UNIFEI |
pt_BR |
dc.subject.cnpq |
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELÉTRICA::SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA |
pt_BR |
dc.relation.references |
PEREZ, Filipe. Control of AC/DC Microgrids with Renewables in the Context of Smart Grids Including Ancillary Services and Electric Mobility. 2020. 257 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2020. |
pt_BR |