Proteção adaptativa em microrredes de média tensão formadas exclusivamente por conversores eletrônicos: uma abordagem baseada em medição centralizada de tensão

Abstract

A incorporação de gerações de pequeno porte distribuídas ao longo da rede de distribuição, pode resultar em benefícios operacionais ao que tange aspectos como qualidade de energia e confiabilidade do serviço, além de ser uma solução limpa e bem-quista aos olhos do fluxo de sustentabilidade. Contudo, estas melhorias trazem desafios técnicos, em especial aos aspectos relacionados à proteção da rede elétrica. Avaliando estes desafios, este trabalho de dissertação pondera as dificuldades técnicas presentes em microrredes formadas puramente por conversores eletrônicos, incorporando nestas, serviços de Self-Healing através de um sistema de proteção adaptativa. O conceito de microrredes segue da definição de geração distribuída, incluindo à ela o poder de operar e manter sua geração e utilização de seus serviços de modo isolado da rede principal. Assim, a proposta deste trabalho avalia uma metodologia capaz de ser adaptativa aos modos de operação conectado e ilhado sem grandes alterações em seus limiares de proteção. Emprega-se neste trabalho uma metodologia que visa ser eficiente, obedecendo os aspectos de sensibilidade, sensitividade e velocidade da filosofia de proteção, além de objetivar a redução de medições necessárias das grandezas da rede. Para tal feito, um sistema centralizado de proteção age com medições únicas de tensão e corrente para detecção da falta, enquanto que ao longo da microrrede, apenas medições de corrente são utilizadas para localizar e isolar a falta. Com a isolação da falta, a operação e controle da microrrede são mitigados pelo sistema de proteção que utiliza técnicas de otimização numérica, resolvendo um problema de fluxo de potência ótimo para reestruturar a rede, garantindo desta maneira a adaptação da proteção, a credibilidade do sistema de controle centralizado e a operação da rede em modo radial. Os resultados deste trabalho são obtidos através da modelagem da microrrede de média tensão do benchmark Cigré de 14 barras no software PSCAD/EMTDC (Power System Computer Aided Design/Eletromagnetic Transient Including DC), sendo que a avaliação numérica e os algoritmos são implementados pelo software MATLAB de maneira offline.

Abstract: The incorporation of micro generations distributed throughout the distribution network brings operational benefits in terms of quality and reliability, as well as being a clean and well-liked solution over the sustainability eyes. However, these improvements bring technical challenges, especially from a protection perspective. Evaluating these challenges, this M.D. dissertation considers the technical difficulties present in microgrids formed exclussively by electronic converters, incorporating in them, Self-Healing services through an adaptive protection system. The concept of microgrids follows the definition of distributed generation, including the fact that it can be operated and maintained its generation and services isolated from the main network. Thus, the purpose of this paper evaluates a methodology capable of being adaptive to the connected and islanded modes of operation without major changes in their protection thresholds. In this work, we use a methodology that aims to be efficient, obeying the sensitivity, sensitivity and speed aspects of the protection philosophy, besides aiming at reducing the necessary measurements of the network quantities. Thus, a centralized protection system acts with unique voltage and current measurements for fault detection, while along the microgrid only current measurements are used to locate and isolate the fault. With fault isolation, operation and control of the microgrid is mitigated by the protection system that uses numerical optimization techniques, solving an optimal power flow problem, in order to restructure the network, ensuring protection adaptation, control system credibility, end radial operation mode. The results of this work are obtained by modeling the 14-bus Cigré microgrid benchmark medium-voltage in the PSCAD/EMTDC software, using PSCAD/EMTDS (Power System Computer Aided Design/Electromagnetic Transient Including DC), and the numerical evaluation and implementation of the algorithms are implemented by MATLAB software in a offline way.