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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/81062
Tipo: | TCC |
Título: | Desenvolvimento de um sistema de proteção, automação e controle de uma microrrede integrado a IEDs virtuais padrão IEC 61850 utilizando Matlab/Simulink |
Autor(es): | Alexandre, Amanda Carvalho |
Orientador: | Sampaio, Raimundo Furtado |
Coorientador: | Leão, Ruth Pastôra Saraiva |
Palavras-chave em português: | Microrrede;IEC 61850;IEDs Virtuais;Matlab/Simulink;IEC 61850-7-420;Redes Elétricas Inteligentes |
Palavras-chave em inglês: | Merging Unit;Sampled Values;Microgrid;Smart Grids |
CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA |
Data do documento: | 2025 |
Citação: | ALEXANDRE, Amanda Carvalho. Desenvolvimento de um sistema de proteção, automação e controle de uma microrrede integrado a IEDs virtuais padrão IEC 61850 utilizando Matlab/Simulink. 2025. 81 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Elétrica) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025. |
Resumo: | Diante da perspectiva de implantação das Redes Elétricas Inteligentes, as microrredes representam uma quebra de paradigma significativa nos sistemas de distribuição de energia, pois permitem a descentralização da geração de energia e o gerenciamento mais eficiente dos recursos energéticos. Uma microrrede é um sistema multienergético que congrega recursos energéticos e carga controlados por ferramentas avançadas de software e tecnologias de comunicação, podendo operar conectada (ongrid) ou isolada (off-grid) da rede principal. A Universidade Federal do Ceará (UFC) dispõe de uma microrrede com três sistemas fotovoltaicos monofásicos de 2,6 kWp cada em baixa tensão, implementada pelo Grupo de Redes Elétricas Inteligentes (GREI) do Departamento de Engenharia Elétrica, denominada de microrrede GREI (MR GREI). A integração de microrredes com sistemas de proteção, automação e controle baseados no padrão IEC 61850 representa um avanço significativo na modernização das redes elétricas. A IEC 61850 padroniza a comunicação entre dispositivos inteligentes (IEDs), permitindo a troca de informações de forma eficiente e confiável. Isso é crucial em microrredes, onde a coordenação entre diferentes fontes de geração, armazenamento e cargas é essencial. A interoperabilidade facilitada pela IEC 61850 simplifica a integração de dispositivos de diferentes fabricantes, reduzindo custos e complexidade. A comunicação em tempo real proporcionada pela norma permite a detecção rápida de falhas e a atuação precisa dos dispositivos de proteção, minimizando interrupções e danos. A norma IEC 61850 define uma série de protocolos de comunicação para a automação de subestações e redes elétricas como Manufacturing Message Specification (MMS), Generic Object Oriented Substation Event (GOOSE) e Sampled Values (SV). Contudo, usualmente, a comunicação de dados em microrredes é realizada por protocolos industriais como Modbus, DNP3, IEEE 802.15, dentre outros, como é o caso da MR GREI. Desse modo, o objetivo deste trabalho é apresentar o desenvolvimento da arquitetura e operação dos componentes elétricos da MR GREI no software Matlab/Simulink integrado a IEDs virtuais (IEDv), a fim de servir como base para testes e integração do padrão IEC 61850, atualmente ausente no modelo real. No Matlab foram feitas as parametrizações de equipamentos e variáveis a serem utilizados, enquanto no ambiente Simulink foram implementadas estratégias para representação da arquitetura e operabilidade da microrrede, utilizando-se da parametrização especificada. Além disso, foi elaborado um diagrama em UML que representa a modelagem e os logical nodes da microrrede de acordo com o padrão IEC 61850-7-420. Em paralelo à simulação da microrrede, foi criado uma arquitetura de comunicação com um modelo virtual de Merging Unit responsável pela comunicação baseada no protocolo SV previsto na norma IEC 61850. Diante dos resultados obtidos, a utilização da simulação em Matlab/Simulink possibilita a expansão do estudo da operação e da implementação de novas tecnologias de modernização da comunicação de acordo com a norma IEC 61850, fundamental no trabalho para o desenvolvimento de redes elétricas inteligentes. |
Abstract: | Facing the prospect of implementing Smart Grids, microgrids represent a significant paradigm shift in energy distribution systems, as they allow for the decentralization of energy generation and more efficient management of energy resources. A microgrid is a multi-energy system that brings together energy resources and load controlled by advanced software tools and communication technologies, and can operate connected (on-grid) or isolated (off-grid) from the main grid. The Federal University of Ceará (UFC) has a microgrid with three single-phase photovoltaic systems of 2.6 kWp each at low voltage, implemented by the Smart Electrical Grids Group (GREI) of the Electrical Engineering Department, called the GREI microgrid (MR GREI). The integration of microgrids with protection, automation and control systems based on the IEC 61850 standard represents a significant advance in the modernization of electrical networks. IEC 61850 standardizes communication between intelligent devices (IEDs), allowing information to be exchanged efficiently and reliably. This is crucial in microgrids, where coordination between different sources of generation, storage and loads is essential. The interoperability facilitated by IEC 61850 simplifies the integration of devices from different manufacturers, reducing costs and complexity. The real-time communication provided by the standard allows faults to be detected quickly and protection devices to act accurately, minimizing interruptions and damage. The IEC 61850 standard defines a series of communication protocols for the automation of substations and electrical networks, such as Manufacturing Message Specification (MMS), Generic Object Oriented Substation Event (GOOSE) and Sampled Values (SV). However, data communication in microgrids is usually carried out using industrial protocols such as Modbus, DNP3, IEEE 802.15, among others, as is the case with MR GREI. The aim of this paper is to present the development of the architecture and operation of the electrical components of the MR GREI in Matlab/Simulink software integrated with virtual IEDs (IEDv), in order to serve as a basis for testing and integration of the IEC 61850 standard, which is currently absent in the real model. The equipment and variables to be used were parameterized in Matlab, while strategies for representing the architecture and operability of the microgrid were implemented in the Simulink environment, using the specified parameterization. In addition, a UML diagram was drawn up to represent the modeling and logical nodes of the microgrid in accordance with the IEC 61850-7-420 standard. In parallel with the simulation of the microgrid, a communication architecture was created with a virtual Merging Unit model responsible for communication based on the SV protocol provided for in the IEC 61850 standard. In view of the results obtained, the use of Matlab/Simulink simulation makes it possible to expand the study of the operation and implementation of new communication modernization technologies in accordance with the IEC 61850 standard, which is fundamental to the development of Smart Grids. |
URI: | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/81062 |
ORCID do(s) Autor(es): | https://orcid.org/0009-0000-0224-1359 |
Currículo Lattes do(s) Autor(es): | http://lattes.cnpq.br/1696124593987888 |
ORCID do Orientador: | https://orcid.org/0000-0001-7445-437X |
Currículo Lattes do Orientador: | http://lattes.cnpq.br/9936530790182581 |
ORCID do Coorientador: | https://orcid.org/0000-0001-6711-7607 |
Currículo Lattes do Coorientador: | http://lattes.cnpq.br/8551048513174462 |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
Aparece nas coleções: | ENGENHARIA ELÉTRICA - Monografias |
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