Estratégia para Controle do Fluxo de Potência em uma Microrrede Híbrida Destinada a Alimentação de Cargas Cc Críticas

Authors

  • Roberto F. Coelho Instituto de Eletrônica de Potência – Departamento de Engenharia Elétrica – Universidade Federal de Santa Catarina Florianópolis – SC, Brasil
  • Lenon Schmitz Instituto de Eletrônica de Potência – Departamento de Engenharia Elétrica – Universidade Federal de Santa Catarina Florianópolis – SC, Brasil
  • Lucas T. Macedo Instituto de Eletrônica de Potência – Departamento de Engenharia Elétrica – Universidade Federal de Santa Catarina Florianópolis – SC, Brasil
  • Denizar C. Martins Instituto de Eletrônica de Potência – Departamento de Engenharia Elétrica – Universidade Federal de Santa Catarina Florianópolis – SC, Brasil

DOI:

https://doi.org/10.18618/REP.2015.2.205214

Keywords:

Fluxo de Potência, Controle, Fontes Renováveis, Microrredes, Supercapacitores

Abstract

Este artigo propõe uma estratégia para gerenciamento do fluxo de potência em uma microrrede híbrida composta por um arranjo fotovoltaico de 1 kWp, um aerogerador de 1,2 kWp, uma célula a combustível de 1,2 kW e um banco de supercapacitores de 31 F/ 250 V. Tal microrrede é concebida para permitir o suprimento ininterrupto de energia a cargas críticas cc, podendo operar no modo isolado ou interligado à rede elétrica. A partir do estudo teórico da microrrede, são definidas as referências de potência para cada uma das fontes renováveis em função do modo de operação (conectado à rede ou isolado), da disponibilidade de recursos energéticos (sol, vento e estoque de hidrogênio) e da prioridade de despacho. Resultados experimentais oriundos do funcionamento da microrrede mostram que as transições entre os diversos cenários ocorrem de maneira suave e que o fluxo de potência se estabelece de acordo com as prioridades de despacho de cada cenário.

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Author Biographies

Roberto F. Coelho, Instituto de Eletrônica de Potência – Departamento de Engenharia Elétrica – Universidade Federal de Santa Catarina Florianópolis – SC, Brasil

nasceu em Florianópolis, em agosto de 1982. Recebeu o título de Engenheiro Eletricista, Mestre e Doutor em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, SC, Brasil, em 2006, 2008 e 2013, respectivamente. Atualmente é professor do Departamento de Engenharia Elétrica e Eletrônica da mesma instituição, onde desenvolve trabalhos relacionados ao processamento de energia proveniente de fontes renováveis e ao controle e estabilidade de microrredes.

Lenon Schmitz, Instituto de Eletrônica de Potência – Departamento de Engenharia Elétrica – Universidade Federal de Santa Catarina Florianópolis – SC, Brasil

nasceu em Blumenau, SC, Brasil, em 28 de março de 1990. Formou-se em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Santa Catarina em 2012 e atualmente é estudante de mestrado do programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica no Instituto de Eletrônica de Potência, Universidade Federal de Santa Catarina. Seus interesses incluem conversores estáticos e sistemas conectados à rede elétrica.

Lucas T. Macedo, Instituto de Eletrônica de Potência – Departamento de Engenharia Elétrica – Universidade Federal de Santa Catarina Florianópolis – SC, Brasil

nasceu em Florianópolis, SC, Brasil, em outubro de 1994. É graduando do Curso de Engenharia de Controle e Automação da Universidade Federal de Santa Catarina e bolsista de iniciação científica no Instituto de Eletrônica de potência (INEP).

Denizar C. Martins, Instituto de Eletrônica de Potência – Departamento de Engenharia Elétrica – Universidade Federal de Santa Catarina Florianópolis – SC, Brasil

nasceu em São Paulo, SC, Brasil, em 24 de abril de 1955. Recebeu o título de Engenheiro Eletricista e Mestre em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, SC, Brasil, em 1978 e 1981, respectivamente, e o título de Doutor em Engenharia Elétrica pelo Instituto Nacional Politécnico de Toulouse, Toulouse, França, em 1986. Atualmente é professor titular do Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Santa Catarina, Brasil.

References

R. Arghandeh, M. Pipattanasomporn, S. Rahman, "Flywheel energy storage systems for ride-through applications in a facility microgrid", IEEE Transactions on Smart Grid, vol. 3, no. 4, pp. 1955-1962, Dec. 2012. https://doi.org/10.1109/TSG.2012.2212468 DOI: https://doi.org/10.1109/TSG.2012.2212468

I. Serban, C. Marinescu, "Control strategy of three-phase battery energy storage systems for frequency support in microgrids and with uninterrupted supply of local loads", IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 29, no. 9, pp. 5010-5020, Sep. 2014. https://doi.org/10.1109/TPEL.2013.2283298 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2013.2283298

R. F. Coelho, L. Schmitz, D. C. Martins, "Grid-connected renewable hybrid system for uninterruptible dc load maintenance", in Proc. of COBEP, pp.155-161, 2011. https://doi.org/10.1109/COBEP.2011.6085228 DOI: https://doi.org/10.1109/COBEP.2011.6085228

H. Yuchong, J. Ping, "Reliability of distribution systems considering photovoltaic-wind power generation systems: complementary characteristics", in Proc. of CICED, pp. 1-4, 2012.

A. Merzic, M. Music, E. Redzic, "A complementary hybrid system for electricity generation based on solar and wind energy taking into account local consumption", in Proc. of EPECS, pp.1-6, 2013. https://doi.org/10.1109/EPECS.2013.6712993 DOI: https://doi.org/10.1109/EPECS.2013.6712993

K. Balachander, S. Kuppusamy, P. Vijayakumar, "Comparative study of hybrid photovoltaic-fuel cell system/hybrid wind-fuel cell system for smart grid distributed generation system", in Proc. of INCOSET, pp.462-466, 2014. https://doi.org/10.1109/INCOSET.2012.6513950 DOI: https://doi.org/10.1109/INCOSET.2012.6513950

W. Caisheng, M. H. Nehrir, "Power management of a stand-alone wind/photovoltaic/fuel cell energy system", IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 23, no.3, pp. 957-967, Sep. 2008. https://doi.org/10.1109/TEC.2007.914200 DOI: https://doi.org/10.1109/TEC.2007.914200

Z. Haihua, T. Bhattacharya, T. Duong, T. S. T Siew, A. M. Khambadkone, "Composite energy storage system involving battery and ultracapacitor with dynamic energy management in microgrid applications", IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 26, no. 3, pp. 923-930, mar. 2011. https://doi.org/10.1109/TPEL.2010.2095040 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2010.2095040

Z. Ye, J. J. Hong, G. Li, "Energy management strategy of islanded microgrid based on power flow control", in Proc. of ISGT, pp. 1-8, 2012. https://doi.org/10.1109/ISGT.2012.6175644 DOI: https://doi.org/10.1109/ISGT.2012.6175644

S.M. Ashabani, Y.A. Mohamed, "New Family of Microgrid Control and Management Strategies in Smart Distribution Grids - Analysis, Comparison and Testing", IEEE Transactions on Power Systems, vol. 29, no. 5, pp. 2257 - 2269, Sep. 2014. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2014.2306016 DOI: https://doi.org/10.1109/TPWRS.2014.2306016

F. Katiraei, M. R. Iravani, "Power management strategies for a microgrid with multiple distributed generation units", IEEE Transactions on Power Systems, vol. 21, no. 4, pp.1821-1831, Nov. 2006. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2006.879260 DOI: https://doi.org/10.1109/TPWRS.2006.879260

J. Quanyuan, X. Meidong, G. Guangchao, "Energy management of microgrid in grid-connected and stand-alone modes", IEEE Transactions on Power Systems, vol. 28, no. 3, pp. 3380-3389, Aug. 2013. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2013.2244104 DOI: https://doi.org/10.1109/TPWRS.2013.2244104

L. A. S. Ribeiro, J. G. Matos, F. S. Freitas, "Controle da potência gerada em microrredes autônomas e isoladas com fontes de energia renováveis e sistema de armazenamento com bancos de baterias", Eletrônica Potência, vol. 19, no. 2, pp. 152-162, mai. 2014. https://doi.org/10.18618/REP.2014.2.152162 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2014.2.152162

G. M. S. Azevedo, M. C. Cavalcanti, F. A. S. Neves, L. R. Limongi, F. Bradaschia, "Microgrid power converter control with smooth transient response during the change of connection mode", Eletrônica Potência, vol. 19, no. 3, pp. 285-294, Aug. 2014. https://doi.org/10.18618/REP.2014.3.285294 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2014.3.285294

M. C. B. P. Rodrigues, J. G. Oliveira, A. A. Ferreira, P. G. Barbosa; H. A. C. Braga, "Conexão de veículos elétricos à rede de energia elétrica para recarga de baterias: uma visão geral", Eletrônica de Potência, vol. 19, no. 2, pp. 194-207, mai. 2014. https://doi.org/10.18618/REP.2014.2.194207 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2014.2.194207

C. Gouveia, C. L. Moreira, J. A. P. Lopes, "Microgrids emergency management exploiting EV, demand response and energy storage units", in Proc. of PowerTech, pp.1-6, 2013. https://doi.org/10.1109/PTC.2013.6652395 DOI: https://doi.org/10.1109/PTC.2013.6652395

P. Thomas, F. M. Chacko, "Electric vehicle integration to distribution grid ensuring quality power exchange", in Proc. of EPSCICON, pp.1-6, 2014. https://doi.org/10.1109/EPSCICON.2014.6887512 DOI: https://doi.org/10.1109/EPSCICON.2014.6887512

L. Severo, R. F. Coelho, D. C. Martins,"Modelagem, controle e implementação de um conversor monofásico fotovoltaico utilizando métodos passivos de proteção anti-ilhamento", Eletrônica de Potência, vol. 17, no. 4, pp. 681-689, Nov. 2012. https://doi.org/10.18618/REP.2012.4.681689 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2012.4.681689

R. F. Coelho, F. M. Concer, D. C. Martins, "A MPPT approach based on temperature measurements applied in PV systems", in Proc. of INDUSCON, pp. 1-6, 8-10, 2010. https://doi.org/10.1109/ICSET.2010.5684440 DOI: https://doi.org/10.1109/ICSET.2010.5684440

M. Gatti Bottarelli, I. Barbi, Y. R. Novaes, A. Rufer, "Three-level quadratic non-insulated basic dc-dc converters", in Proc. of EPE, pp. 1-10, 2007. https://doi.org/10.1109/EPE.2007.4417584 DOI: https://doi.org/10.1109/EPE.2007.4417584

W. Dan, G. Shaoyun, J. Hongjie, W. Chengshan, Z. Yue, L. Ning, K. Xiangyu, "A demand response and battery storage coordination algorithm for providing microgrid tie-line smoothing services", IEEE Transactions on Sustainable Energy, vol. 5, no. 2, pp. 476-486, Apr. 2014. https://doi.org/10.1109/TSTE.2013.2293772 DOI: https://doi.org/10.1109/TSTE.2013.2293772

M. Zhixin, X. Ling, V. R. Disfani, F. Lingling "An SOC-based battery management system for microgrids", IEEE Transactions on Smart Grid, vol. 5, no.2, pp. 966-973, Mar. 2014. https://doi.org/10.1109/TSG.2013.2279638 DOI: https://doi.org/10.1109/TSG.2013.2279638

H. Mahmood, D. Michaelson, J. Jiang, "A power management strategy for PV/battery hybrid systems in islanded microgrids", IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, vol. 2, no. 4, pp. 870-882, Dec. 2014. https://doi.org/10.1109/JESTPE.2014.2334051 DOI: https://doi.org/10.1109/JESTPE.2014.2334051

N. Mutoh, Y. Ohnuma, K. Suzuki, "A high reliability photovoltaic (PV) generation system in cooperation with a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) using electric double layer capacitors (EDLCs), in Proc. of IPEC, pp. 1147-1154, 2010. https://doi.org/10.1109/IPEC.2010.5543546 DOI: https://doi.org/10.1109/IPEC.2010.5543546

K. N. Reddy, V. Agarwal, "Utility-interactive hybrid distributed generation scheme with compensation feature", IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 22, no. 3, pp. 666-673, Sep. 2007. https://doi.org/10.1109/TEC.2006.878247 DOI: https://doi.org/10.1109/TEC.2006.878247

N. Mutoh, T. Inoue, "A Control method to charge series-connected ultra electric double-Layer capacitors suitable for photovoltaic generation systems combining MPPT control method", IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 54, no. 1, pp. 374-383, Feb. 2007. https://doi.org/10.1109/TIE.2006.885149 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2006.885149

T. Xisheng, Q. Zhiping, "Stability study of DC DPS and the improvement with EDLC", in Proc. of SUPERGEN, pp.1-5, 2009. https://doi.org/10.1109/SUPERGEN.2009.5348242 DOI: https://doi.org/10.1109/SUPERGEN.2009.5348242

Published

2015-05-31

How to Cite

[1]
R. F. Coelho, L. Schmitz, L. T. Macedo, and D. C. Martins, “Estratégia para Controle do Fluxo de Potência em uma Microrrede Híbrida Destinada a Alimentação de Cargas Cc Críticas”, Eletrônica de Potência, vol. 20, no. 2, pp. 205–214, May 2015.

Issue

Section

Original Papers