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Title in Portuguese: Gerenciamento e controle distribuído hierárquico primário e secundário aplicado a microrrede CA
Author: Almeida, Rosana Guimarães
Advisor(s): Leão, Ruth Pastôra Saraiva
Keywords: Engenharia elétrica
Energia renovável
Geração distribuida de energia elétrica
Recursos energéticos
Distributed energy resources
Distributed generation
Droop control
Renewable energy
Microgrids
Multiagent system
Issue Date: 24-May-2019
Citation: ALMEIDA, R. G. Gerenciamento e controle distribuído hierárquico primário e secundário aplicado a microrrede CA. 2019. 137 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2019.
Abstract in Portuguese: Nos últimos anos tem crescido a inserção de recursos energéticos distribuídos (RED) nas redes de distribuição de energia elétrica. RED é qualquer recurso que produz eletricidade em um sistema de distribuição. Uma forma efetiva de fazer uso dos benefícios de múltiplos é agregá-los juntamente com suas cargas para, sob uma estrutura de controle, formar um subsistema denominado de microrrede (MR). Uma microrrede é capaz de operar de modo autônomo, bem como conectada à rede hospedeira e de lidar com a transição entre os dois estados. Entretanto, as introduzem desafios operacionais, que precisam ser abordados no projeto dos sistemas de controle e proteção para garantir confiabilidade e eficiência na operação. Neste trabalho é proposto o controle e gerenciamento distribuído de uma MR, operando conectada e desconectada da rede elétrica, baseando-se na estratégia de controle hierárquico. Essa abordagem consiste na segmentação do controle em níveis hierárquicos primário, secundário e terciário, possibilitando a aplicação de dinâmicas mais rápidas ou mais lentas, de acordo com o processo sob controle. A MR em estudo é composta por um sistema eólico com conversor pleno de 40 kVA, uma unidade de geração fotovoltaica de 20 kVA, uma microturbina a gás de 30 kVA, um banco de baterias projetado para atender uma carga de 15 kW por 3 horas e uma carga instalada de 90 kVA. Para o controle primário da MR foi usada a técnica de controle por inclinação e para o controle secundário foi utilizado sistema multiagente. O sistema multiagente foi desenvolvido e executado na plataforma PADE (Python Agent Development Enviroment), em linguagem Python. As simulações da MR foram realizadas no software PSCAD que, na versão 4.6, dispõe de uma biblioteca de gerenciamento e controle na linguagem Python 3, permitindo a interação da MR com o sistema PADE. As simulações foram realizadas considerando vários cenários de operação das fontes não gerenciáveis, além de condições de carga leve e pesada. A partir dos resultados obtidos verificou-se uma atuação satisfatória da estratégia de controle proposta. O controle primário atuou precisamente no compartilhamento da potência ativa e o controle secundário, por sua vez, proporcionou bons resultados no gerenciamento dos recursos da MR. Além disso, verificou-se uma atuação adequada do controle secundário no compartilhamento e potência reativa, reduzindo a circulação de reativo entre os RED.
Abstract: In the last years, the connection of distributed energy resources (DER) in electric power distribution networks has increased. DER is any resource that generates and storage electricity in a distribution system. An effective way to take advantage of multiple DER benefits is to aggregate them and theirs loads to, under a control structure, form a subsystem called microgrid (MG). A microgrid is able of operating autonomously, as well as connected to the host grid and deal with the transition between these two states. However, MGs introduce operational challenges that need to be approached in the design of the control and protection systems to ensure reliability and an efficient operation. This work proposes a distributed control and management of a MG that operates connected to and disconnected from the power grid, based on the hierarchical control strategy. This approach consists of the segmentation of control at the primary, secondary and tertiary hierarchical levels, enabling the application of faster and slower dynamics according to the process under control. The MG under study is composed by a 40 kVA full convert wind turbine system, a 20 kVA photovoltaic power generation unit, a 30 kVA gas microturbine, a battery bank designed to supply a 15 kW load for three hours and an installed load of 90 kVA. Droop control method was used for primary control and multi-agent system applied in the secondary control level of the MG. The multi-agent system was developed and executed in the Python Agent Development Environment (PADE) platform, in Python language. The MR simulations were performed in the PSCAD software that, in its version 4.6, has a management and control library in Python 3 language, making it possible the interaction of the MR and the multi-agent system in the PADE environment. The simulations were performed considering several operating scenarios of the non-dispatchable sources under light and heavy load conditions. The simulations results atested a suitable performance of the proposed control strategy. The primary control operated precisely in the active power sharing and the secondary control provided good results in the MR resources management. In addition, an adequate performance of the secondary control in the reactive power sharing was verified, reducing the reactive power circulation between REDs.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/44456
metadata.dc.type: Dissertação
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