Extração de Componentes de Sequência Positiva Baseada em Mínimos Quadrados Aplicada à Sincronização em Geração Distribuída

Luiz H. S. Silva; Rafael B. A. Cunha; Alfeu J. Sguarezi Filho; José A. Torrico Altuna; Darlan A. Fernandes; Fabiano F. Costa

doi:10.18618/REP.2016.4.2583

Authors

Luiz H. S. Silva Universidade Federal da Bahia, Salvador – BA, Brasil
Rafael B. A. Cunha Universidade Federal da Bahia, Salvador – BA, Brasil
Alfeu J. Sguarezi Filho Universidade Federal do ABC, Santo André – SP, Brasil
José A. Torrico Altuna Universidade Federal do ABC, Santo André – SP, Brasil
Darlan A. Fernandes Universidade Federal da Paraíba, João Pessoa – PB, Brasil
Fabiano F. Costa Universidade Federal da Bahia, Salvador – BA, Brasil

DOI:

https://doi.org/10.18618/REP.2016.4.2583

Keywords:

Componentes de Sequência, Extração de Sequência Positiva, Geração distribuída, Malha de Captura de Fase, Mínimos quadrados recursivo, Sincronização

Abstract

Neste trabalho, propõe-se um método de sincronização baseado em um extrator de componentes efetuado por uma versão recursiva do algoritmo de mínimos quadrados. O algoritmo é capaz de separar as contribuições das sequências positiva e negativa das tensões trifásicas nos eixos estacionários. Por meio da escolha adequada do vetor de regressores dos modelos para as tensões valfa\beta(t) o método rejeita qualquer interferência harmônica ou proveniente de desbalanços nas tensões sob análise. Harmônicos de diferentes ordens podem ser eliminados sem atrasos, na mesma estrutura do algoritmo e com o mesmo custo computacional. Para avaliação de desempenho, submeteu-se o método a sinais sintéticos desbalanceados e distorcidos por harmônicos. Além disso, um arranjo experimental foi montado para embarcar a técnica em um processador digital de sinais e testá-la em tensões geradas por uma fonte programável que emula condições de desequilíbrio e de distorções harmônicas. Os resultados demonstraram, além da eficácia, a simplicidade de sua realização.

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Author Biographies

Luiz H. S. Silva, Universidade Federal da Bahia, Salvador – BA, Brasil

nasceu em São Paulo (SP) em 1987. Recebeu o grau de Engenheiro Eletricista pelo Instituto Federal da Bahia (IFBA) em 2012 e o título de Mestre em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal da Bahia (UFBA) em 2016. Atualmente trabalha para alcançar o título de Doutor pela UFBA. Suas áreas de interesse são concentradas em técnicas de sincronização e controle para sistemas de geração distribuída e redes inteligentes de energia elétrica.

Rafael B. A. Cunha, Universidade Federal da Bahia, Salvador – BA, Brasil

recebeu o grau de Engenheiro Eletricista 2014 pela Universidade Federal da Bahia. Atualmente trabalha para alcançar o título de mestre pela Universidade Federal da Bahia. Suas áreas de interesse são técnicas de controle aplicadas a sistemas de geração distribuída e topologias de filtros para inversores.

Alfeu J. Sguarezi Filho, Universidade Federal do ABC, Santo André – SP, Brasil

nasceu em Cuiabá - MT, Brasil em 1981. Recebeu o grau de Eng. Eletricista pela Faculdade Área 1, e os graus de Mestre e Doutor pela FEEC/UNICAMP em 2005, 2007 e 2010, respectivamente. Trabalhou como pesquisador na FEEC/UNICAMP de 2010 a 2011 pelo programa de pós-doutorado da FAPESP. É membro da SOBRAEP e membro sênior do IEEE. Atualmente, é professor da UFABC. Seus interesses de pesquisa são: acionamentos de máquinas elétricas, gerador de indução com dupla alimentação, controle de potência, redes inteligentes de energia elétrica e energia eólica.

José A. Torrico Altuna, Universidade Federal do ABC, Santo André – SP, Brasil

recebeu o Bacharelado em Engenharia Elétrica em 1986 da Universidade Nacional de Engenharia em Lima, Peru, o mestrado em Engenharia Elétrica em 1997 e o Doutorado em Engenharia Elétrica em 2002, ambos da Universidade Estadual de Campinas, Brasil. Foi Professor Associado na Universidade Nacional de Engenharia, em Lima, Peru. Desenvolveu projetos de P & D nas empresas Commodity Systems e Whirlpool S. A. Seus interesses de pesquisa são: máquinas elétricas, controle de máquinas elétricas, eletrônica de potência, energia eólica e sistemas de energia elétrica. Atualmente é bolsista de pós-doutorado do programa CAPES PNPD na UFABC Brasil e foi, recentemente, aprovado no concurso público para lecionar Máquinas Elétricas na Universidade Federal do ABC.

Darlan A. Fernandes, Universidade Federal da Paraíba, João Pessoa – PB, Brasil

recebeu o título de Engenheiro Eletricista pela Universidade Federal da Paraíba em 2002, e os títulos de Mestre e Doutor pela Universidade Federal de Campina Grande, em 2004 e 2008, respectivamente. De 2007 a 2011 foi Professor do Departamento da Indústria do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Norte. Atualmente é Professor Adjunto do Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade Federal da Paraíba (DEE-UFPB). Suas áreas de interesse são aplicações de dispositivos eletrônicos de potência em sistemas de distribuição, qualidade de energia e sistemas fotovoltaicos.

Fabiano F. Costa, Universidade Federal da Bahia, Salvador – BA, Brasil

recebeu o título de Engenheiro Eletricista, o grau de Mestre e o de Doutor em Engenharia Elétrica, respectivamente pela Escola Politécnica da USP (1997), pela UFPB (2001) e pela UFCG (2005). Atualmente, é Professor Adjunto da Universidade Federal da Bahia junto ao Departamento de Engenharia Elétrica. Seus interesses de pesquisa se concentram nos tópicos de sincronização, e controle em geração distribuída. Também, possui interesse no desenvolvimento de técnicas de processamento digital de sinais aplicáveis ao monitoramento da qualidade de energia da rede elétrica. Além disso, possui atuação em projetos de Pesquisa e Desenvolvimento junto a concessionárias do setor elétrico. É membro da SOBRAEP e do IEEE.

References

C. R. A. Hallam, C. Contreras, "Evaluation of the levelized cost of energy method for analyzing renewable energy systems: A case study of system equivalency crossover points under varying analysis assumption, "IEEE Systems Journal, vol. 9, no. 1, pp.199-208, Mar. 2014.https://doi.org/10.1109/JSYST.2013.2290339 DOI: https://doi.org/10.1109/JSYST.2013.2290339

P. Duenas, T. Leung, M. Gil, J. Reneses, "Gas -electricity coordination in competitive markets under renewable energy uncertain,"IEEE Transactions on Power System, vol. 30, no. 1, pp. 123-131, Jan. 2015.https://doi.org/10.1109/TPWRS.2014.2319588 DOI: https://doi.org/10.1109/TPWRS.2014.2319588

R. Dominguez, A. J. A. J. Conejo, M. Carrion,"Toward fully renewable electric energy systems,"IEEE Transactions on Power Systems, vol. 30, no. 1,pp. 316-326, Jan. 2015. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2014.2322909 DOI: https://doi.org/10.1109/TPWRS.2014.2322909

W. Wei, L. Feng, M. Shengwei, H. Yunhe, "Robustenergy and reserve dispatch under variable renewable generation,"IEEE Transactions on Smart Grid, vol. 6,no. 1, pp. 369-380, Jan. 2015. https://doi.org/10.1109/TSG.2014.2317744 DOI: https://doi.org/10.1109/TSG.2014.2317744

Submódulo 3.6 - Requisitos técnicos mínimos para a conexão a rede básico, Prodist, Operador do Sistema Elétrico, Agosto 2009.

A. Timbus,M. Liserre,R. T. F.,Blaabjerg,"Synchronization methods for three phase distributed power generation systems - an overview and evaluation," in Proc. of IEEE 36th Power Electronics Specialists Conference, 2005, pp. 213-219.

V. Kaura, V. Blasko, "Operation of a phase locked loop under distorted utility conditions, "IEEE Transactionon Industry Applications, vol. 33, no. 1, pp. 58-63,Jan./Feb. 1997. https://doi.org/10.1109/28.567077 DOI: https://doi.org/10.1109/28.567077

J. P. de Arruda,Métodos de Sincronização deConversores em Sistemas de Geração Distribuída, Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2008.

H. E. P. de Souza,Uma Abordagem Vetorial para a Detecção em Tempo Real de Componentes Harmônicas de Sequência Positiva e Negativa em Sinais Trifásicos, Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2008.

P. Rodriguez, J. Pou, J. Bergas, J. I. Candela, R. P.B. D. Boroyevich, "Decoupled double synchronous reference frame PLL for power converters control,"IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 22,no. 2, pp. 584-592, March 2007. https://doi.org/10.1109/TPEL.2006.890000 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2006.890000

S. K. Chung, "A phase tracking system for three phase utility interface inverters,"IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 15, no. 3, pp. 431-438, May2000. https://doi.org/10.1109/63.844502 DOI: https://doi.org/10.1109/63.844502

P. Rodriguez,Aportaciones a Los Acondicionadores Activos de Corriente en Derivación para Redes Trifásicas de Cuatro Hilos, Tesis Doctoral, Universitat Politecnica de Catalunya, Barcelona, 2005.

M. K. Ghartemani, M. R. Iravani, "A method for synchronization of power electronic converters in polluted and variable - frequency environment,"IEEE Transactions on Power Systems, vol. 19, no. 3, pp.1263-1270, Aug. 2004. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2004.831280 DOI: https://doi.org/10.1109/TPWRS.2004.831280

M. K. Ghartemani, H. Karim, "Processing of symmetrical components in time - domain,"IEEE Transactions on Power Systems, vol. 22, no. 2, pp.572-579, May 2007. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2007.894860 DOI: https://doi.org/10.1109/TPWRS.2007.894860

P. Rodriguez, R. Teodorescu, I. Candela, A. V. Timbus,M. Liserre, F. Blaabjerg, "New positive - sequence voltage detector for grid synchronization of power converters under faulty grid conditions," in Proc. ofIEEE 36th Power Electronics Specialists Conference,2006, pp. 1-7. https://doi.org/10.1109/pesc.2006.1712059 DOI: https://doi.org/10.1109/pesc.2006.1712059

R. I. Bojoi, G. Griva, V. Bostan, M. Guerriero,F. Farina, F. Profumo, "Current control strategy forpower conditioners using sinusoidal signal integrators in synchronous reference frame,"IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 20, no. 6, pp. 1402-1412,Nov 2005. https://doi.org/10.1109/TPEL.2005.857558 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2005.857558

D. Yazdani, A. Bakhshai, G. Joos, M. Mojiri,"A nonlinear adaptive synchronization technique for grid - connected distributed energy sources,"IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 23, no. 4, pp.2181-2186, July 2008. https://doi.org/10.1109/TPEL.2008.926045 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2008.926045

M. Mojiri, M. K. Ghartemani, A. Bakhshai, "Time- domain signal analysis using adaptive notch filter,"IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 55,no. 1, pp. 85-93, Jan. 2007. https://doi.org/10.1109/TSP.2006.885686 DOI: https://doi.org/10.1109/TSP.2006.885686

D. Yazdani, M. Mojiri, A. Bakhshai, G. Jóos, "A fastand accurate synchronization technique for extractionof symmetrical components,"IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 24, no. 3, pp. 674-684, March2011. https://doi.org/10.1109/TPEL.2008.2010321 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2008.2010321

M. K. Ghartemani, S. A. Khajehoddin, P. K. Jain,A. Bakhshai, M. Mojiri, "Addressing DC componentin PLL and notch filteralgorithms,"IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 27, no. 1, pp. 78-86, Jan.2012. https://doi.org/10.1109/TPEL.2011.2158238 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2011.2158238

J. Svensson, M. Bongiorno, A. Sannino, "Practicalimplementation of delayed signal cancellation method for phase-sequence separation,"IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 22, no. 1, pp. 18-26, Jan. 2007. https://doi.org/10.1109/TPWRD.2006.881469 DOI: https://doi.org/10.1109/TPWRD.2006.881469

Y. F. Wang, Y. W. Li, "Analysis and digital implement action of cascade delayed-signal-cancellation PLL,"IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 26, no. 4, pp. 1067-1080, April 2011. https://doi.org/10.1109/TPEL.2010.2091150 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2010.2091150

F. A. S. Neves, M. C. Cavalcanti, H. E. P. de Souza,F. Bradaschia, E. J. Bueno, M. Rizo, "A generalized delayed signal cancellation method for detecting fundamental - frequency positive-sequence three-phase signals, "IEEE Transaction on Power Delivery, vol. 25, no. 3, pp. 1816-1825, July 2010. https://doi.org/10.1109/TPWRD.2010.2044196 DOI: https://doi.org/10.1109/TPWRD.2010.2044196

P. Nascimento, H. de Souza, F. Neves, L. Limongi,"FPGA implementation of the generalized delayed signal cancelation - phase locked loop method for detecting harmonic sequence components in three- phase signals,"IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 60, no. 2, pp. 645-658, Feb 2013. https://doi.org/10.1109/TIE.2012.2206350 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2012.2206350

Y. F. Wang, Y. W. Li, "Grid synchronization PLLbased on cascaded delayed signal cancellation,"IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 26, no. 7, pp.1987-1997, Jul. 2011. https://doi.org/10.1109/TPEL.2010.2099669 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2010.2099669

X. Guo, W. Wu, Z. Chen, "Multiple-complex coefficient - filter - based phase - locked loopand synchronization technique for three-phase grid -interfaced converters in distributed utility networks,"IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 58,no. 4, pp. 1194-1204, April 2011.https://doi.org/10.1109/TIE.2010.2041738 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2010.2041738

S. Golestan, J. M. Guerrero, A. M. Abusorrah, "MAF -PLL with phase-lead compensator,"IEEE Transactionson Industrial Electronics, vol. 62, no. 6, pp. 3691-3695, April 2015.

L. Wang, Q. Jiang, L. Hong, C. Zhang, Y. Wei, "Anovel phase - locked loop based on frequency detector and initial phase angle detector, "IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 28, no. 10, pp. 4538-4549, Oct2013.

https://doi.org/10.1109/TPEL.2012.2236848 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2012.2236848

J. Wang, J. Liang, F. Gao, L. Zhang, Z. Wang,"A method to improve the dynamic performance of moving average filter -based PLL,"IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 30, no. 10, pp. 5978-5990,Oct 2015. https://doi.org/10.1109/TPEL.2014.2381673 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2014.2381673

F. D. Freijedo, A. G. Yepes, O. López, A. Vidal,J. Doval-Gandoy, "Three-phase PLLS with fast postfault retracking and steady-state rejection of voltage unbalance and harmonics by means of lead compensation, "IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 26, no. 1, pp. 85-97, Jan. 2011. https://doi.org/10.1109/TPEL.2010.2051818 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2010.2051818

N. R. N. Ama, W. Komatsu, L. M. Junior, "Digitalcontrol for PLLS based on moving average filter:Analysis and design in discrete domain,"Eletrônica Potência, vol. 20, no. 3, pp. 293-299, Jun./ago. 2015. https://doi.org/10.18618/REP.2015.3.2547 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2015.3.2547

D. A. Fernandes, S. R. Naidu, C. A. E. C. Jr.,"Instantaneous sequence - component resolution of 3-phase variables and its application to dynamic voltage restoration,"IEEE Transactions on Instrumentation and Measurements, vol. 58, no. 8, pp. 2580-2587,Aug. 2009. https://doi.org/10.1109/TIM.2009.2015634 DOI: https://doi.org/10.1109/TIM.2009.2015634

F. Ajaei, S. Afsharnia, A. Kahrobaeian, S. Farhang,"A fast and effective control scheme for the dynamic voltage restorer,"IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 26, no. 4, pp. 2398-2406, Oct. 2011. https://doi.org/10.1109/TPWRD.2011.2132808 DOI: https://doi.org/10.1109/TPWRD.2011.2132808

H.-S. Song, K. Nam, P. Mutschler, "Very fast phase angle estimation algorithm for a single-phase system having sudden phase angle jumps," in Conference Record of the 37th Industry Applications Conference, vol. 2, 2002, pp. 925 - 931.

J. Liu, H. Nian, J. Li, R. Zeng, "Sensorless control of PMSG for wind turbines based on the on-line parameter identification," in International Conference on Electrical Machines and Systems, 2009, pp. 1-6. https://doi.org/10.1109/ICEMS.2009.5382802 DOI: https://doi.org/10.1109/ICEMS.2009.5382802

H. S. Song, K. Nam, "Instantaneous phase-angleestimation algorithm under unbalanced voltagesag conditions,"IEE Proceedings - Generation,Transmission and Distribution, vol. 147, no. 6, pp.409-415, Nov. 2000.Eletrôn. Potên., Campo Grande, v. 21, n.4, p. 255-265, out./dez. 2016. https://doi.org/10.1049/ip-gtd:20000716 DOI: https://doi.org/10.1049/ip-gtd:20000716

M. Seok-Hwan, K. Ji-Won, P. Byung-Gun, "AdaptivePLL method using recursive least square algorithm,"inIEEE International Conference on Industrial Technology, 2015, pp. 896-901.

https://doi.org/10.1109/ICIT.2015.7125211 DOI: https://doi.org/10.1109/ICIT.2015.7125211

M. Beza, M. Bongiorno, "Application of recursive least squares algorithm with variable forgetting factor for frequency component estimation in a generic input signal," IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 50, no. 2, pp. 1168-1176, Mar./Apr. 2014.https://doi.org/10.1109/TIA.2013.2279195 DOI: https://doi.org/10.1109/TIA.2013.2279195

C. J. Ramos, A. P. Martins, A. S. Carvalho, "Frequency and phase-angle estimation using ordinary least squares, "IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 62, no. 9, pp. 5677-5688, Sept. 2015. https://doi.org/10.1109/TIE.2015.2415756 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2015.2415756

L. Ljung, System Identification, 2nd ed. Prentice HallPTR, 1999. DOI: https://doi.org/10.1002/047134608X.W1046

L. A. Aguirre,IntroduçãoàIdentificaçãodeSistemas,3rd ed. Editora da UFMG, 2007.

L. A. L. de Almeida, A. C. de C. Lima, "Covariance management based RLS algorithm for phasor estimation in severely noisy systems,"IEEE Transanctions on Power Delivery, vol. 13, no. 4,pp. 1067-1072, Oct. 1998. https://doi.org/10.1109/61.714457 DOI: https://doi.org/10.1109/61.714457

M. S.Sachdev, M. Nagpal, "A recursive least error squares algorithm for power system relaying and measurement applications,"IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 6, no. 3, pp. 1008-1015, Jul.1991. https://doi.org/10.1109/61.85841 DOI: https://doi.org/10.1109/61.85841

P. Q. Ribeiro, C. A. Duque, P. M. Ribeiro, A. S.Cerqueira, Power Systems Signal Processing for Smart Grids, 1st ed. John Wiley and Sons, 2014. https://doi.org/10.1002/9781118639283 DOI: https://doi.org/10.1002/9781118639283

R. C. Dorf, R. Bishop, Sistemas de Controle Modernos,11st ed. Addison Wesley, 2010