Controle preditivo baseado em modelo aplicado à conversores eletrônicos para transição suave entre modos ilhado e conectado à rede
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Universidade Federal de Lavras
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Departamento de Engenharia
Programa de Pós-Graduação
Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Sistemas e Automação
Agência de fomento
Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG)
Tipo de impacto
Áreas Temáticas da Extenção
Objetivos do desesenvolvimento sustentável
Dados abertos
Resumo
Uma microrrede pode operar tanto de forma ilhada e quanto conectada à rede elétrica principal.
Para que haja possibilidade de uma microrrede operar nestes dois modos, é fundamental ter
um controle de transição adequado e é muito importante que essa transição seja feita de forma
contínua e suave. A transição acontece nos momentos de conexão e desconexão da microrrede
com a rede principal, onde podem ocorrer problemas como transitórios de sobretensão, subtensão
e sinais de frequências variadas presentes no sinal elétrico. Fazer com que essa transição
seja suave faz com que esses efeitos negativos sejam evitados a fim de que não haja interrupção
de fornecimento de energia elétrica ou danos maiores nas cargas ou demais conversores.
Este trabalho apresenta a utilização do Controle Preditivo Baseado em Modelo com Conjunto
de Controle Finito (FCS-MPC) e função custo multivariável como metodologia de controle,
e o uso de uma resistência virtual para que ambos sejam capazes de contribuir na realização
da transição suave entre o modo ilhado e modo conectado à rede de um conversor formador
de rede monofásico (CFR). Além disso, a estratégia de controle do conversor utiliza um Filtro
Adaptativo Sintonizado (FAS) para realizar as funções de um Phase Locked Loop (PLL) e uma
etapa de sincronismo com a rede elétrica principal. Juntamente com o FCS-MPC, o FAS visa
garantir uma transição suave durante a conexão ou reconexão quando a rede principal é restabelecida
após falha. Por outro lado, o mesmo filtro adaptativo é utilizado para estimar amplitude
e frequência da tensão no Ponto de Acoplamento Comum (PCC), que são monitoradas por um
algoritmo de detecção de ilhamento, e definir se há ou não condição de ilhamento. O conversor
formador de rede e seus algoritmos de controle são simulados em ambiente virtual com o
software Matlab/Simulink para avaliar seu comportamento e desempenho com carga RL. Os resultados
obtidos em simulação mostram a viabilidade de aplicação do controle FCS-MPC que
em conjunto com a resistência virtual e o algoritmo de sincronismo resultam em uma transição
suave satisfatória entre os modos de operação. Ainda como etapa deste trabalho foi projetado
e montado o hardware do conversor formador de rede à ser controlado por um Processador
Digital de Sinais (DSP).
Abstract
A microgrid can operate both as an island and connected to the main grid. In order for a microgrid
to operate in these two modes, it is essential to have adequate transition control and it
is very important that this transition is made in a continuous and smooth way. The transition
takes place at the moments of connection and disconnection of the microgrid with the main grid,
where problems such as overvoltage transients, undervoltage and signals of varying frequencies
present in the electrical signal can occur. Making this transition smooth means that these negative
effects are avoided so that there is no interruption of electricity supply or greater damage to
loads or other converters. This work presents the use of Model-Based Predictive Control with
Finite Control Set (FCS-MPC) and multivariable cost function as a control methodology, and
the use of a virtual resistor so that both are able to contribute to the smooth transition between
the islanded mode and grid-connected mode of a single-phase grid forming converter (CFR).
In addition, the converter’s control strategy uses a Tuned Adaptive Filter (FAS) to perform the
functions of a Phase Locked Loop (PLL) and a step of synchronism with the main electrical
grid. Together with FCS-MPC, FAS aims to ensure a smooth transition during connection or
reconnection when the main grid is restored after failure. On the other hand, the same adaptive
filter is used to estimate voltage amplitude and frequency at the Common Coupling Point
(PCC), which are monitored by an islanding detection algorithm, and define whether or not
there is an islanding condition. The grid forming converter and its control algorithms are simulated
in a virtual environment with the software Matlab/Simulink to evaluate its behavior and
performance under RL load. The results obtained in simulation show the feasibility of applying
the FCS-MPC control, which together with the virtual resistance and the synchronism algorithm
result in a satisfactory smooth transition between the operating modes. As part of this work,
the hardware of the grid forming converter was designed and assembled to be controlled by a
Digital Signal Processor (DSP).
Descrição
Área de concentração
Agência de desenvolvimento
Palavra chave
Marca
Objetivo
Procedência
Impacto da pesquisa
Resumen
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Citação
OLIVEIRA, G. M. de. Controle preditivo baseado em modelo aplicado à conversores eletrônicos para transição suave entre modos ilhado e conectado à rede. 2022. 112 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Sistemas e Automação) – Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2022.