Modelagem e análise da dinâmica de microrredes de distribuição de energia elétrica

Abstract

Uma das tendências dentro da eletrônica de potência atualmente é a aplicação de conversores de energia para a operação em microrredes, o que na essência é eletrônica de potência aplicada a sistemas de distribuição de energia elétrica. Tipicamente, microrredes são redes elétricas compostas por diversas fontes e cargas, o que implica em diversas interações fontes-fontes e fontes-cargas. O propósito deste trabalho é modelar, propor técnicas de controle e analisar a estabilidade paramétrica de pequenas microrredes CC e CA. Um dos grandes problemas que existem na operação de microrredes é quando diversas fontes operam em paralelo e compartilham um conjunto de cargas. O controle por droop é a técnica mais popular para lidar com este tipo de problema, mas possui o contraponto de introduzir não linearidades no sistema. Por conta disso, este trabalho propõe o uso de ferramentas matemáticas como a teoria de bifurcações para compreender o comportamento dinâmico de microrredes. Este procedimento permite um entendimento mais amplo quando comparado com técnicas tradicionais baseadas em modelos linearizados, além de fornecer mais informações que permitem otimizar o funcionamento do sistema garantindo a sua estabilidade. Uma parte significativa deste trabalho possui uma natureza teórica, com exceção de um caso de estudo envolvendo o paralelismo de conversores CC-CA, em que resultados experimentais são apresentados.<br>

Abstract : Nowadays, one of the trends within power electronics is the application of power converters in microgrids, which in essence means power electronics applied to electric power distribution systems. As microgrids can be dc, ac, or even hybrid networks, they are complex systems with many source-source and source-load-type interactions. The focus of this work is to model, propose control techniques, and to verify the stability of a small ac and dc microgrids through parametric diagrams. Load sharing is one of the major issues within microgrids, and it is defined as how several voltage sources operate in parallel feeding a given load set. Droop control is the standard approach towards the load sharing problem in microgrids, but this control can make the system unstable due to some nonlinearities introduced into the microgrid?s operation. For that reason, nonlinear dynamic analysis techniques are used here to understand the microgrid?s dynamic behavior. In particular, bifurcation theory offers a broader insight into the system dynamics when compared to usual techniques based on linear models. Moreover, bifurcation theory can optimize the microgrid operation and, thus, increase the system stability range due to a better understanding on how a group of parameters can influence the microgrid operation.A significant part of this thesis consists of a theoretical study, with the exception of one case study involving the parallelism of two dc-ac power converters, where experimental results are shown to validate the theoretical premises.