Conjunto de controle finito para o inversor conectado à rede aplicado na suavização de distorção

Ramaliano Sanca; Jefferson Souza Costa; Angelo dos Santos Lunardi; Alfeu Joãozinho Sguarezi Filho

doi:10.18618/REP.2023.4.0025

Authors

Ramaliano Sanca Universidade Federal do ABC, Santo André – SP, Brasil https://orcid.org/0009-0009-6548-3887
Jefferson Souza Costa Universidade Federal do ABC, Santo André – SP, Brasil https://orcid.org/0000-0003-0398-2364
Angelo dos Santos Lunardi Universidade Federal do ABC, Santo André – SP, Brasil https://orcid.org/0000-0003-4743-8117
Alfeu Joãozinho Sguarezi Filho Universidade Federal do ABC, Santo André – SP, Brasil https://orcid.org/0000-0001-9981-436X

DOI:

https://doi.org/10.18618/REP.2023.4.0025

Keywords:

controle de corrente, controle Preditivo Baseado no Modelo, Fonte de Energia Renovável, Inversor Conectado à Rede, Rede com Tensão Distorcida

Abstract

Neste trabalho é proposto uma alteração no controle preditivo de corrente finite control set (FCS) para um inversor trifásico conectado à rede elétrica de forma a possibilitar sua operação com tensão distorcida. O controlador FCS de corrente usa o modelo do sistema em tempo discreto para predizer o comportamento futuro da corrente, e uma função custo do erro entre as predições e as referências. Esta função custo é minimizada pela de seleção direta do sinal de controle ótimo a ser aplicado no inversor. Testes experimentais foram realizados em uma bancada de 2 kW/220 V e comprovam a eficiência do sistema de controle proposto, mostrando-se capaz de manter distorção harmônica total (THD) abaixo de 5%, de acordo com a norma IEEE std 519- 2014, mesmo na condição de uma rede com tensão distorcida, para comprovar o desempenho superior do controlador proposto, foi realizado os testes experimentais em comparação com o FCS clássico. Por fim, podemos concluir que as aprimorações implementadas no algoritmo de controle possibilitaram alcançar um desempenho elevado no controle, especialmente em aplicações de conversores conectados à rede elétrica.

Downloads

Download data is not yet available.

Author Biographies

Ramaliano Sanca, Universidade Federal do ABC, Santo André – SP, Brasil

recebeu o título de Bacharel em Engenharia de Energias, pela UNILAB (2021). Atualmente está mestrando em Energia, pela UFABC (desde 2021). Seus interesses de pesquisa se concentram em Energia Solar Fotovoltaica e Controle de Conversores Estático de Potência. Além disso, participou do Programa de Iniciação Cientifica, denominada Programa de Bolsa de Monitoria pela UNILAB (2021).

Jefferson Souza Costa, Universidade Federal do ABC, Santo André – SP, Brasil

recebeu os títulos de Bacharel e Mestre em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal do Pará (UFPA), Tucuruí, Pará, Brasil, em 2013 e 2016, respectivamente. Desde 2021 cursa o Doutorado em Energia pela Universidade Federal de ABC (UFABC), Santo André, Brasil. Atualmente é professor da UFPA, Tucuruí, Pará, Brasil, ensinando cálculo, eletromagnetismo e materiais elétricos. Seus interesses de pesquisa incluem controle aplicado a acionamentos de máquinas, conversores de potência, veículos elétricos e energia fotovoltaica e eólica.

Angelo dos Santos Lunardi, Universidade Federal do ABC, Santo André – SP, Brasil

é graduado em Engenharia Eletrônica pelo Instituto Mauá de Tecnologia (2015), obteve em 2017 o título de Mestre em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal Universidade do ABC(UFABC) em pesquisa de controle aplicado a geração de energia eólica. Em 2022 obteve o título de Doutor em Engenharia Elétrica pela Universidade de São Paulo (USP) com a tese intitulada Controle Preditivo Robusto Aplicado ao Conversor Conectado à Rede. Atualmente bolsista CNPq de pós-doutorado com pesquisa em eletrificação veicular pela Universidade Federal ABC (UFABC).

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

recebeu o título de Bacharel em Engenharia Elétrica pela Faculdade Área 1, Salvador, Brasil, em 2005 e os títulos de Mestrado e Doutorado pela Universidade de Campinas, Campinas, Brasil, em 2007 e 2010, respectivamente. De 2010 a 2011, foi Pesquisador da Universidade de Campinas, sob o Programa de PósDoutorado da FAPESP. Ele é membro sênior do IEEE e membro da Sociedade Brasileira de Eletrônica de Potência. Atualmente é Professor da Universidade Federal de ABC (UFABC), Santo André, Brasil, lecionando nas áreas de máquinas elétricas, eletrônica de potência e acionamentos elétricos. Seus interesses de pesquisa incluem acionamentos de máquinas, geradores de indução duplamente alimentados, controle de potência e sistemas de energia elétrica.

References

V. Masson-Delmotte, P. Zhai, A. Pirani, S. L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M. Gomis, et al., “Climate change 2021: the physical science basis”, Contribution of working group I to the sixth assessment report of the intergovernmental panel on climate change, vol. 2, 2021, doi: https://doi.org/10.1017/9781009157896.

T. Dragicevic, S. Vazquez, P. Wheeler, “Advanced Control Methods for Power Converters in DG Systems and Microgrids”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 68, pp. 5847–5862, 2021, doi: https://doi.org/10.1109/TIE.2020.2994857.

A. J. S. Filho, Model Predictive Control for Doubly- Fed Induction Generators and Three-Phase Power Converters, vol. 1, Elsevier, 2022, doi: https://doi.org/10.1016/C2020-0-01024-8

M. Yazdanian, A. Mehrizi-Sani, “Internal Model- Based Current Control of the RL Filter-Based Voltage- Sourced Converter”, IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 29, pp. 873–881, 12 2014, doi: https://doi.org/10.1109/TEC.2014.2353035.

R. N. Beres, X. Wang, M. Liserre, F. Blaabjerg, C. L. Bak, “A Review of Passive Power Filters for Three- Phase Grid-Connected Voltage-Source Converters”, IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, vol. 4, pp. 54–69, 3 2016, doi: https://doi.org/10.1109/JESTPE.2015.2507203.

S. A.; Lunardi, “Controle Preditivo Robusto Aplicado ao Conversor Conectado à Rede”, Universidade de São Paulo-USP, 2022, doi: https://doi.org/10.11606/T.3.2022.tde-07042022-151604

C. Xie, K. Li, J. Zou, D. Liu, J. M. Guerrero, “Passivity-Based Design of Grid-Side Current- Controlled LCL-Type Grid-Connected Inverters”, IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 35, pp. 9813–9823, 9 2020, doi: https://doi.org/10.1109/TPEL.2020.2971380

J. Liu, X. Shen, A. M. Alcaide, Y. Yin, J. I. Leon, S. Vazquez, L. Wu, L. G. Franquelo, “Sliding mode control of grid-connected neutral-point-clamped converters via high-gain observer”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 69, no. 4, pp. 4010– 4021, 2021, doi: https://doi.org/10.1007/s12555-021-0616-9

D. Perez-Estevez, J. Doval-Gandoy, A. G. Yepes, O. Lopez, F. Baneira, “Generalized Multifrequency Current Controller for Grid-Connected Converters With LCL Filter”, IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 54, pp. 4537–4553, 9 2018, doi: https://doi.org/10.1109/TIA.2018.2829459

M. Dehghani, M. Taghipour, G. B. Gharehpetian, M. Abedi, “Optimized fuzzy controller for MPPT of grid-connected PV systems in rapidly changing atmospheric conditions”, Journal of Modern Power Systems and Clean Energy, vol. 9, no. 2, pp. 376–383, 2020, doi: https://doi.org/10.35833/MPCE.2019.000086

P. R. J.; Cortes, “. Predictive Controlo of Power Converters and Electrical Drives”, Wiley, 2012, doi: https://doi.org/10.1002/9781119941446

J. A. Rossiter, Model-Based Predictive Control: A Practical Approach, Control Series, CRC Press, 2003, doi: https://doi.org/10.1201/9781315272610

J. Hu, Y. Shan, J. M. Guerrero, A. Ioinovici, K. W. Chan, J. Rodriguez, “Model predictive control of microgrids – An overview”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 136, 2 2021, doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110422.

J. Liu, Y. Miura, T. Ise, “Cost-Function-Based Microgrid Decentralized Control of Unbalance and Harmonics for Simultaneous Bus Voltage Compensation and Current Sharing”, IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 34, pp. 7397–7410, 2019, doi: https://doi.org/10.1109/TPEL.2018.2879340.

L. Meegahapola, A. Sguarezi, J. S. Bryant, M. Gu, E. R. C. D., R. B. A. Cunha, “Power System Stability with Power-Electronic Converter Interfaced Renewable Power Generation: Present Issues and Future Trends”, Energies, vol. 13, p. 3441, 7 2020, doi: https://doi.org/10.3390/en13133441.

A. Lunardi, E. Conde, J. Assis, L. Meegahapola, D. A. Fernandes, A. J. Sguarezi Filho, “Repetitive Predictive Control for Current Control of Grid-Connected Inverter under Distorted Voltage Conditions”, IEEE Access, vol. 10, pp. 16931–16941, 2022, doi: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3147812

R. Panigrahi, S. K. Mishra, S. C. Srivastava, A. K. Srivastava, N. N. Schulz, “Grid Integration of Small- Scale Photovoltaic Systems in Secondary Distribution Network—A Review”, IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 56, no. 3, pp. 3178–3195, may 2020, https://doi.org/doi:10.1109/tia.2020.2979789.

A. J. S. Filho, A. Lunardi, C. E. Capovilla, I. R. S. Casella, “A wireless coded modulated FCS-MPC DPC for renewable energy sources in smart grid environment”, Model Predictive Control for Doubly- Fed Induction Generators and Three-Phase Power Converters, 2022, doi: https://doi.org/10.1016/J.IJEPES.2019.05.004

A. Lunardi, E. R. Conde D, R. M. Monaro, D. A. Fernandes, A. J. Sguarezi Filho, “Robust predictive control with three-vector modulation connected to the power grid”, Energies, vol. 15, no. 6, p. 1979, 2022, doi: https://doi.org/10.3390/en15061979

P. Rodríguez, 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 2006 37th IEEE Power Electronics Specialists Conference, pp. 1– 7, 2006, doi: https://doi.org/10.1109/pesc.2006.1712059.

S. Golestan, M. Monfared, F. D. Freijedo, “Design- Oriented Study of Advanced Synchronous Reference Frame Phase-Locked Loops”, IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 28, pp. 765–778, 2 2013, doi: https://doi.org/10.1109/TPEL.2012.2204276.

N. F. M. Yusof, D. Ishak, M. A. A. M. Zainuri, “Modified PQ and hysteresis current control in gridconnected single-phase inverter for PV system”, Russ Electr Eng, vol. 94, no. 3, pp. 212–221, Mar. 2023, doi: https://doi.org/10.3103/S1068371223030136