Controle ótimo de máquinas síncronas virtuais para melhoria da estabilidade transitória em sistemas elétricos de potência com alta penetração de geração eólica

Abstract

Tendo em vista o aumento da implantação de fontes renováveis de energia, se faz necessário estudos relativos aos impactos que essas novas tecnologias de geração ocasionarão no Sistema Elétrico de Potência (SEP). A alta penetração de geradores baseados em inversores intensifica as variações das características da rede quando o sistema é submetido a um desbalanço de carga-geração, sendo as usinas hidrelétricas e termelétricas as principais encarregadas de entregar estabilidade ao sistema, as quais possuem tecnologia que naturalmente oferecem inércia ao sistema para atenuar estas perturbações. Entretanto geradores fotovoltaicos e turbinas eólicas não contribuem de forma natural para a inércia do sistema, sendo que quando há alteração significativa de frequência, essas fontes podem ser desligadas, dificultando a operação do sistema. As legislações aplicadas ao SEP caminham para tornar obrigatório a participação com inércia ao sistema de grande parte das fontes geradoras de energia, através das alterações recentes nos Procedimentos de Rede. Com base nisso, este estudo tem como princípio a análise e comparação de controladores aplicados em aerogeradores utilizando a técnica de Controladores de Inércia Sintética (SIC, do inglês Synthetic Inertia Control), sendo esta responsável por realizar a regulação primária de frequência da rede, frente a perturbações ocasionadas por desbalanço de carga-geração. Inicialmente foi desenvolvido no software MATLAB®2013a e no aplicativo Simulink® a modelagem de uma microrrede para teste. Na sequência é aplicado o método de controle denominado de Regulador Linear Quadrático (LQR, do inglês Linear Quadratic Regulator), e os resultados são comparados com o controlador Proporcional Derivativo (PD), assim como, com equipamento sem SIC. O sistema com SIC LQR apresentou resultados satisfatórios, tendo em vista que obtiveram menor tempo de acomodação para a frequência, assim como, um maior aproveitamento de energia cinética disponível.