Modelagem e controle para operação de inversores monofásicos em paralelo: uma abordagem via fasores dinâmicos e LMIS

Abstract

A operação de inversores em paralelo tem se tornado cada vez mais atrativa, já que permite, por exemplo, a formação de micro redes de energia elétrica através de fontes de energia renováveis. No entanto, esse tipo de operação é bastante sensível e exige controladores que garantam o adequado funcionamento do sistema. Diversas técnicas são propostas na literatura, entre elas, as baseadas no droop control. A grande maioria desses trabalhos utiliza modelos de pequenos sinais para análise de estabilidade e projeto do controlador. No entanto, esses modelos possuem limitações. Assim, nos últimos anos começaram a surgir modelos mais precisos, permitindo um estudo mais detalhado de sistemas cujos controladores são baseados no droop control. Uma das técnicas utilizadas são os fasores dinâmicos, que permite a descrição do sistema da perspectiva de grandes sinais. Dessa forma, um modelo baseado em fasores dinâmicos é proposto nesse trabalho, incluindo as principais dinâmicas do sistema. A partir desse modelo, também se projeta um controlador multivariável através de desigualdades matriciais lineares (LMIs), garantindo estabilidade e desempenho do sistema, considerando as incertezas paramétricas no modelo. Simulações emulam um cenário realista, onde os controladores propostos são digitalizados e implementados em dois inversores, os quais estão conectados em paralelo e alimentam uma carga variável. Os resultados de simulação demonstram a precisão do modelo e a eficiência do controlador proposto.<br>

Abstract: The parallel operation of voltage source inverters has become increasingly attractive, as it allows, for instance, microgrids formation through renewable energy sources. Nonetheless, the parallelism of inverters is a quite sensible operation and requires controllers capable of making the system works correctly. Several techniques are found in the specialized literature, among them, the droop control-based ones. Most of these works consider small-signal models to assess stability analysis and control design. However, these models have limitations. Thus, during the last years, more accurate models have been presented, allowing a more detailed study of droop controlled systems. Dynamic phasors are a powerful tool that permits the description of the system behavior from a large-signal perspective. Hence, a dynamic phasor model is proposed in this work, including the system most relevant dynamics. From this model, a controller design methodology based on linear matrix inequality (LMI) constraints is also proposed, and ensures the system stability and performance, taking parametric uncertainties into account. Simulations emulate a realistic scenario, where the controllers are discretized and implemented into two parallel-connected inverters, feeding a variable load. The simulation results show the model accuracy and the controller effectiveness.