tese

Decentralized multi-objective nonlinear droop control-based strategy for power sharing in low-voltage agricultural microgrids

Carregando...
Imagem de Miniatura

Notas

Arquivo retido a pedido da autoria, até janeiro de 2027.

Editores

Título da Revista

ISSN da Revista

Título de Volume

Editor

Universidade Federal de Lavras

Faculdade, Instituto ou Escola

Escola de Engenharia (EENG)

Departamento

Programa de Pós-Graduação

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola

Agência de fomento

Tipo de impacto

Tecnológico
Econômicos

Áreas Temáticas da Extensão

Meio ambiente
Tecnologia e produção

Objetivos de Desenvolvimento Sustentável

ODS 7: Energia limpa e acessível
ODS 12: Consumo e produção responsáveis
ODS 13: Ação contra a mudança global do clima

Dados abertos

Resumo

A crescente demanda por soluções energéticas eficientes e sustentáveis no setor agropecuário, especialmente em microrredes (MR) de baixa tensão instaladas em áreas rurais, impõe desafios específicos relacionados à qualidade da energia, à disponibilidade de recursos e à resiliência operacional. Esses sistemas, frequentemente compostos por unidades de geração distribuída (GD) heterogêneas, exigem estratégias de controle capazes de lidar com múltiplos objetivos conflitantes, tais como a minimização de custos operacionais e emissões, a melhoria da eficiência do sistema em termos de perdas nas linhas de distribuição, e o prolongamento da vida útil de sistemas de armazenamento de energia, entre outros, assegurando, simultaneamente, estabilidade e confiabilidade na operação. Nesse contexto, esta tese propõe uma estratégia de controle descentralizada baseada em características droop não-lineares e em ajuste operacional multicritério definido pelo usuário, voltada à operação autônoma de microrredes agrícolas com unidades geradoras operando no modo formador de rede (grid-forming - GFM). A abordagem permite o compartilhamento proporcional de potência com base em critérios multiobjetivo definidos pelo usuário, o despacho sequencial das unidades geradoras e a regulação local de tensão e frequência, mesmo na ausência de infraestrutura de comunicação de alta largura de banda. Considerando-se a indisponibilidade de séries históricas detalhadas de demanda de potência em ambientes rurais, a estratégia proposta foi concebida para operar de forma independente desses dados, configurando-se como uma solução inicial robusta para o desenvolvimento e a implementação de projetos de microrredes agrícolas. A metodologia foi validada por meio de experimentos em tempo real realizados com um protótipo de microrrede em ambiente Hardware-in-the-Loop (HIL), conduzidos no Laboratório de Pesquisa em Microrredes (Microgrid Research Laboratory – MGLab) da Universidade de Aalborg, Dinamarca. Os resultados experimentais demonstraram a eficácia da estratégia na coordenação descentralizada das unidades GD, mantendo a estabilidade do sistema e promovendo uma redução significativa nos objetivos operacionais conflitantes, entre 10% a 72% em custos operacionais e 20% a 68% em emissões, aproximadamente, a depender do nível de reserva de potência selecionado, em comparação com a abordagem droop resistiva convencional utilizada como referência.

Abstract

The increasing demand for efficient and sustainable energy solutions in the agri-food sector, particularly in low-voltage microgrids (MG) deployed in rural areas, presents specific challenges related to power quality, resource availability, and operational resilience. These systems, typically composed of heterogeneous distributed generation (DG) units, require control strategies capable of addressing multiple and often conflicting objectives, such as minimizing operational costs and emissions, improving system efficiency through reduced distribution losses, and extending the lifespan of energy storage systems, all while ensuring system stability and reliability. In this context, this thesis proposes a decentralized control strategy based on nonlinear droop characteristics and user-guided multi-criteria operation adjustment, tailored for the autonomous operation of agricultural microgrids with grid-forming (GFM) generators. The proposed approach enables proportional power-sharing based on user-defined multi-objective criteria, sequential dispatch of DG units, and local voltage and frequency regulation, even in the absence of high-bandwidth communication infrastructure. Given the unavailability of detailed historical power demand data in rural settings, the strategy was designed to operate independently of such datasets, offering a robust initial solution for the development and deployment of agricultural microgrid projects. The proposed methodology was experimentally validated through real-time tests conducted on a low-voltage microgrid prototype under a Hardware-in-the-Loop (HIL) framework at the Microgrid Research Laboratory (MGLab) of Aalborg University, Denmark. The preliminary experimental results demonstrated the effectiveness of the strategy in enabling decentralized coordination of DG units, maintaining system stability, and significantly reducing the considered operational objectives, approximately between 10% to 72% in operational costs and 20% to 68% in emissions depending on the selected online power reserve, when compared to the conventional resistive droop control benchmark.

Descrição

Área de concentração

Engenharia Agrícola

Linha de pesquisa

Máquinas e Mecanização Agrícola

Agência de desenvolvimento

Palavra chave

Marca

Objetivo

Procedência

Impacto da pesquisa

Resumen

ISBN

DOI

Citação

PEDROSO, João Paulo de Carvalho. Decentralized multi-objective nonlinear droop control-based strategy for power sharing in low-voltage agricultural microgrids. 2025. 205 p. Tese (Doutorado em Engenharia Agrícola) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2026.

Link externo

Avaliação

Revisão

Suplementado Por

Referenciado Por