Estudo e Implementação de Controle Secundário em Microrredes CC

Authors

  • Juliana C. Neves Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Departamento de Engenharia Elétrica, Cornélio Procópio – PR, Brasil https://orcid.org/0009-0004-7318-9796
  • Rafaela D. Silveira Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Departamento de Engenharia Elétrica, Cornélio Procópio – PR, Brasil https://orcid.org/0000-0001-7202-1968
  • Sérgio A. Oliveira da Silva Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Departamento de Engenharia Elétrica, Cornélio Procópio – PR, Brasil https://orcid.org/0000-0003-3546-1088
  • Leonardo P. Sampaio Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Departamento de Engenharia Elétrica, Cornélio Procópio – PR, Brasil https://orcid.org/0000-0002-6854-3015

DOI:

https://doi.org/10.18618/REP.2005.1.053061

Keywords:

Controle Hierárquico, Controle Secundário, Compartilhamento de Corrente/Potência, Microrrede CC, Rede de Comunicação

Abstract

Este trabalho visa no estudo de microrredes CC, devido à crescente utilização de fontes alternativas e renováveis de energia capazes de gerar eletricidade em CC. As microrredes podem ser gerenciadas por uma estrutura hierárquica de controle com ênfase no controle secundário, integrando sistemas de geração distribuída e de armazenamento de energia, bem como cargas genéricas. O controle secundário desempenha funções cruciais de compartilhamento de potência/corrente e regulação da tensão CC no barramento da microrrede. Uma questão essencial abordada neste trabalho é a implementação de uma rede de comunicação entre os conversores que compõem a microrrede CC. Desta forma, este estudo propõe uma abordagem distribuída para o compartilhamento de potência/corrente, melhorando a eficiência de distribuição de alocação de potência e operação da microrrede. O estudo também avalia duas topologias, em anel e linha, de redes de comunicação. Como consequência, os resultados obtidos validaram a estratégia de controle secundário proposta para microrredes CC, bem como concluiu-se que a configuração de comunicação em anel demonstrou maior robustez em comparação à topologia em linha. Tais resultados foram obtidos através de simulações computacionais e testes experimentais, os quais incluíram variações de carga, distúrbios e falhas de comunicação.

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Author Biographies

Juliana C. Neves, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Departamento de Engenharia Elétrica, Cornélio Procópio – PR, Brasil

é engenheira eletricista (2020) e mestre em engenharia elétrica (2023) pela Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Campus Cornélio Procópio (UTFPR-CP). Atualmente é engenheira de desenvolvimento de hardware na Embraer, Brasil. Suas áreas de interesse são: sistemas de energia, qualidade da energia elétrica, sistemas de geração distribuída e microrredes CC, AC e híbridas.

Rafaela D. Silveira, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Departamento de Engenharia Elétrica, Cornélio Procópio – PR, Brasil

é engenheira eletricista (2017), mestra em engenharia elétrica (2019) e doutora em engenharia elétrica (2023) pela Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR-CP). Atualmente é engenheira de desenvolvimento na Siemens Smart Infrastructure, onde atua em projetos de sistemas de gerenciamento de energia para microrredes. Suas áreas de interesse são microrredes, aproveitamento de energias renováveis, qualidade da energia elétrica, sistemas de gerenciamento de energia e modelagem e controle de conversores estáticos.

Sérgio A. Oliveira da Silva, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Departamento de Engenharia Elétrica, Cornélio Procópio – PR, Brasil

é engenheiro eletricista (1987) e mestre em engenharia elétrica (1989) pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC); e doutor em engenharia elétrica (2001) pela Universidade Federal de Minas Gerais. É professor do Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade Tecnológica Federal do Paraná, (UTFPR-CP) desde 1993. É coordenador do Laboratório de Eletrônica de Potência, Qualidade de Energia e Energias Renováveis (LEPQER). Atualmente, é coordenador do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica da UTFPR-CP. Atualmente, é bolsista produtividade PQ-1D da CNPq. Suas áreas de interesse são: sistemas de energia ininterrupta (UPS), condicionadores ativos de energia elétrica, controle empregando DSC, qualidade da energia elétrica, energias renováveis e desenvolvimento de ferramentas educacionais para o ensino de eletrônica de potência. É membro da SOBRAEP e do IEEE.

Leonardo P. Sampaio, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Departamento de Engenharia Elétrica, Cornélio Procópio – PR, Brasil

é engenheiro eletricista (2008), mestre em engenharia elétrica (2010) e doutor em engenharia elétrica (2013) pela Universidade Estadual Paulista, Campus Ilha Solteira (UNESP/IS). É professor associado do Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR-CP). É membro e colaborador do Laboratório de Eletrônica de Potência, Qualidade de Energia e Energias Renováveis (LEPQER). É bolsista produtividade PQ-2 da CNPq. Seus principais interesses são: aproveitamento de energias alternativas e renováveis, aplicações fotovoltaicas, qualidade de energia, modelagem e controle de conversores estáticos empregando DSC, desenvolvimento de ferramentas educacionais e programação em Java e C. É membro da SOBRAEP.

References

A. Ashok Kumar, N. Amutha Prabha, "A comprehensive review of DC microgrid in market segments and control technique", Heliyon, vol. 8, nº 11, 11694, Nov. 2022, https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e11694 DOI: https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e11694

G. Lou, S. Li, W. Gu, and Q. Yang, "Distributed Harmonic Power Sharing with Voltage Distortion Suppression in Islanded Microgrids Considering Non-linear Loads," Journal of Power and Energy Systems, vol. 10, no. 1, pp. 117-128, Jan. 2024, https://doi.org/10.17775/CSEEJPES.2021.00870 DOI: https://doi.org/10.17775/CSEEJPES.2021.00870

J. M. S. Callegari, W. F. De Souza, D. I. Brandao, T. R. Oliveira, e B. J. Cardoso Filho, "The UFMG Microgrid Laboratory: a Testbed for Advanced Microgrids", Eletrônica Potência, vol. 28, no 2, p. 163-173, Jun. 2023 https://doi.org/10.18618/REP.2023.2.0043 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2023.2.0043

M. Fotopoulou, D. Rakopoulos, D. Trigkas, F. Stergiopoulos, O. Blanas, S. Voutetakis, "State of the art of low and Medium Voltage direct current (DC) microgrids," Energies, vol. 14, nº 18, pp. 5595, Set. 2021, https://doi.org/10.3390/en14185595 DOI: https://doi.org/10.3390/en14185595

R. Silveira, S. Silva, L. Sampaio, S. Machado, "Full-order models and dynamic assessment of droop-controlled grid-connected and off-grid DC microgrids," Sustainable Energy Technologies and Assessments, vol. 64 103685, Abr. 2024, https://doi.org/10.1016/j.seta.2024.103685 DOI: https://doi.org/10.1016/j.seta.2024.103685

J. G. De Matos, L. A. de S. Ribeiro, e F. S. F. E Silva, "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, p. 152-162, Mai. 2014, https://doi.org/10.18618/REP.2014.2.152162 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2014.2.152162

A. Abhishek, A. Ranjan, S. Devassy, B. Kumar Verma, S. K. Ram, A. K. Dhakar, "Review of hierarchical control strategies for DC microgrid", IET Renew. Power Gener., vol. 14, nº 10, pp. 1631-1640, Jul. 2020, https://doi.org/10.1049/iet-rpg.2019.1136 DOI: https://doi.org/10.1049/iet-rpg.2019.1136

Z. Li, M. Shahidehpour, "Small-signal modeling and stability analysis of hybrid AC/DC microgrids," IEEE Trans. Smart Grid, vol. 10, nº 2, pp. 2080-2095, Dez. 2019, https://doi.org/10.1109/TSG.2017.2788042 DOI: https://doi.org/10.1109/TSG.2017.2788042

S. K. Sahoo, A. K. Sinha, N. K. Kishore, "Control techniques in AC, DC, and hybrid AC-DC microgrid: A review," IEEE J. Emerg. Sel. Top. Power Electron., vol. 6, nº 2, pp. 738-759, Dez. 2017, https://doi.org/10.1109/JESTPE.2017.2786588 DOI: https://doi.org/10.1109/JESTPE.2017.2786588

C. Jin, J. Wang, P. Wang, "Coordinated secondary control for autonomous hybrid three-port AC/DC/DS microgrid", CSEE J. Power Energy Syst., vol. 4, no 1, p. 1-10, Mar. 2018, https://doi.org/10.17775/CSEEJPES.2016.01400 DOI: https://doi.org/10.17775/CSEEJPES.2016.01400

X. Lu, J. M. Guerrero, K. Sun, "Distributed secondary control for DC microgrid applications with enhanced current sharing accuracy", 2013 IEEE International Symposium on Industrial Electronics, Mai, 2013, https://doi.org/10.1109/ISIE.2013.6563742 DOI: https://doi.org/10.1109/ISIE.2013.6563742

S. Anand, B. G. Fernandes, J. Guerrero, "Distributed control to ensure proportional load sharing and improve voltage regulation in low-voltage DC microgrids," IEEE Trans. Power Electron., vol. 28, nº 4, pp. 1900-1913, Abr. 2013, https://doi.org/10.1109/TPEL.2012.2215055 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2012.2215055

W. W. A. G. da Silva, T. R. Oliveira, P. F. Donoso-Garcia, "Hybrid distributed and decentralized secondary control strategy to attain accurate power sharing and improved voltage restoration in DC microgrids", IEEE Trans. Power Electron., vol. 35, nº 6, pp. 6458-6469, Jun. 2020, https://doi.org/10.1109/TPEL.2019.2951012 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2019.2951012

M. Zaery, E. M. Ahmed, M. Orabi, M. Youssef, "Operational cost reduction based on distributed adaptive droop control technique in DC microgrids", em 2017 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), Out. 2017, https://doi.org/10.1109/ECCE.2017.8096498 DOI: https://doi.org/10.1109/ECCE.2017.8096498

S. Sahoo e S. Mishra, "A distributed finite-time secondary average voltage regulation and current sharing controller for DC microgrids", IEEE Trans. Smart Grid, vol. 10, nº 1, pp. 282-292, Jan. 2019, https://doi.org/10.1109/TSG.2017.2737938 DOI: https://doi.org/10.1109/TSG.2017.2737938

P. Wang, X. Lu, X. Yang, W. Wang, D. Xu, "An improved distributed secondary control method for DC microgrids with enhanced dynamic current sharing performance", IEEE Trans. Power Electron., vol. 31, nº 9, pp. 6658-6673, Set. 2016, https://doi.org/10.1109/TPEL.2015.2499310 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2015.2499310

W. W. A. G. da Silva, T. R. Oliveira, P. F. Donoso-Garcia, "Hybrid distributed and decentralized secondary control strategy to attain accurate power sharing and improved voltage restoration in DC microgrids", IEEE Trans. Power Electron., vol. 35, nº 6, pp. 6458-6469, Jun. 2020, https://doi.org/10.1109/TPEL.2019.2951012 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2019.2951012

S. Augustine, M. K. Mishra, N. Lakshminarasamma, "Adaptive droop control strategy for load sharing and circulating current minimization in low-voltage standalone DC microgrid", IEEE Trans. Sustain. Energy, vol. 6, nº 1, pp. 132-141, Jan. 2015, https://doi.org/10.1109/TSTE.2014.2360628 DOI: https://doi.org/10.1109/TSTE.2014.2360628

W. W. A. G. Silva, T. R. Oliveira, P. F. Donoso-Garcia, "An improved voltage-shifting strategy to attain concomitant accurate power sharing and voltage restoration in droop-controlled DC microgrids", IEEE Trans. Power Electron., vol. 36, nº 2, pp. 2396-2406, Feb. 2021, https://doi.org/10.1109/TPEL.2020.3009619 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2020.3009619

R. Sondhi, N. Bhatt, S. Arora, "Primary control in DC microgrids: a review", 2021 International Conference on Advance Computing and Innovative Technologies in Engineering (ICACITE), Mar. 2021, https://doi.org/10.1109/ICACITE51222.2021.9404603 DOI: https://doi.org/10.1109/ICACITE51222.2021.9404603

Published

2024-06-29

How to Cite

[1]
J. C. Neves, R. D. Silveira, S. A. O. da Silva, and L. P. Sampaio, “Estudo e Implementação de Controle Secundário em Microrredes CC”, Eletrônica de Potência, vol. 29, p. e202416, Jun. 2024.

Issue

Section

Original Papers