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Estratégias de Reposição de Serviço utilizando Micro-Redes Revisão bibliográfica -Dissertação -24 de Fevereiro de 2010Márcio Lunardelli Ribeiro


OUTLINE

  

Micro-Redes; Reposição de Serviço; Desequilíbrio de tensões;


Micro-Redes  Conceito  Arquitectura

de uma MR

 MicroFontes  Dispositivos

de armazenamento

 Inversores  Modos

de Operação


Micro-Redes Conceito 

Pequena rede de distribuição com as respectivas cargas e unidades de PD a ele conectadas juntamente com todas os sistemas e funcionalidades de gestão e controlo, suportadas por infra-estruturas de comunicação.


Micro-Redes Arquitectura

Micro-Source Controller

Load Controller

MicroGrid Central Controller

Arquitectura tĂ­pica de uma Micro-Rede [1]


Micro-Redes Micro-Fontes 

Unidades de produção de energia de pequena dimensão (conectadas à Baixa Tensão), responsáveis pela produção distribuída numa MicroRede.

As tecnologias actualmente disponíveis são: ◦ ◦ ◦ ◦ ◦

Pilhas de Combustivel; MicroTurbinas; Painéis Fotovoltáicos; Micro Turbinas Eólicas; Unidades de Cogeração (CHP);


Micro-Redes

Dispositivos de armazenamento • Determinantes para os funcionamento em rede isolada. • Os dispositivos de armazenamento tipicamente usados em MR podem ser:

• Baterias de iões de lítio; • Supercondensadores; • Armazenamento mecânico ( Flywheels )


Micro-Redes Inversores

• São imprescindíveis na concepção de uma MR pois são os elementos responsáveis pelo acondicionamento de potência das MF à rede de Baixa Tensão. • Os inversores numa MR desempenham um papel fulcral devido à inexistência de máquinas síncronas. • Os inversores numa MR desempenham funções análogas às máquinas síncronas num sistema de produção convencional.


Micro-Redes Inversores


Micro-Redes Inversores 

Estratégias de controlo:  PQ inverter control – O Inversor PQ opera ligado à rede e deve injectar a potência activa e reactiva especificada (set-point) na rede. Além disso, este tipo de controlo é responsável pelo controlo da tensão do link DC dos conversores DC/AC/DC  VSI control – Este tipo conversor visa emular o comportamento de uma máquina síncrona, controlando a tensão e a frequência. Nos sistemas eléctricos convencionais, os geradores síncronos partilham qualquer aumento de carga por diminuição da frequência, de acordo com o estatismo da máquina. Este conversor actua como se fosse uma fonte de tensão, com a tensão de saida e frequência controladas, por meio das seguintes expressões: w=w0-kpxP V=V0-kqxQ


Micro-Redes Inversores ď‚—

Topologia do esquema de controlo: [1] â—Ś PQ inverter control


Micro-Redes Inversores ď‚—

Topologia do esquema de controlo: [1] â—Ś VSI control


Micro-Redes

Modos de operação • Modo Normal – a Micro-Rede encontra-se interligada com a rede de distribuição a montante, sendo total ou parcialmente alimentada por esta. Eventualmente, a MR pode exportar o excedente de produção face à carga para a própria rede de distribuição a montante • Modo de Emergência – no seguimento de alguma perturbação na rede de distribuição a montante, ou em resultado da necessidade de se proceder à realização de operações devidamente planeadas sobre essa rede, a Micro-Rede pode passar a operar em rede isolada ou até contribuir para a reposição de serviço na sequência de um blackout total ou parcial


Micro-Redes

Modos de operação 

Modo de Emergência: ◦ Estratégia de Operação >>MultiMaster [1]


Reposição de Serviço  Conceito;  Utilizando

Sistemas convencionais;

 Utilizando

Micro-Redes;


Reposição de Serviço Conceito

◦ Sempre que o S.E.E transita para o estado de Blackout (apagão), são tomadas medidas para que regresse em segurança para estado Normal. ◦ A reposição de serviço é designada na literatura anglo-saxónica por Black Start.


Reposição de Serviço

Utilizando Sistemas convencionais • Estratégias de reposição:  Build-up approach – Baseado numa reposição sequêncial do ponto da rede mais alto para o ponto mais baixo (hierarquicamente).  Build-down approach – Baseado numa reposição em paralelo de várias “ilhas” serão sincronizadas posteriormente.


Reposição de Serviço Utilizando Micro-Redes

• A reposição de serviço é centralmente comandada pelo software do Controlador Central da MicroRede. (MGCC – MicroGrid Central Controller) • O MGCC é responsável por controlar um conjunto de regras e condições pré-definidas a ser verificadas durante a reposição.


Reposição de Serviço Utilizando Micro-Redes Procedimentos [1]:

1. 2. 3. 4.

Energização da rede; Ligação das MF; Controlo de tensão e frequência; Ligação das cargas (através do Controlador de Carga) 5. Sincronização da Micro-Rede com a rede MT a montante;


Reposição de Serviço Utilizando Micro-Redes 

Fluxograma interpretado pelo MGCC para detecção de Blackouts:[1]


Desequilíbrio de tensões

 Conceito  Medição

das grandezas instantâneas em sistemas desequilibrados


Desequilíbrio de tensões Conceito

• O desequilíbrio de tensões é uma situação onde as amplitudes das tensões diferem entre si ou as fases se encontram com desfasamento diferente de 120 graus. • Desequilíbrio de tensões é frequentemente encontrado essencialmente nas redes de baixa tensão, afectando assim a qualidade de serviço. • A avaliação do desequilíbrio é feita através do VUF – Voltage Unbalance Factor [2]  ◦ Onde V1 e V2 são as componentes directa e indirecta da tensão


Desequilíbrio de tensões Medição das grandezas instantâneas 

Medição das grandezas instantâneas em sistemas desequilibrados [2]:

Nas três fases:  As tensões e correntes instantâneas são dadas pelos seguintes

vectores:

Sendo a potência activa e reactiva dadas pelo produto interno e produto externo entre a tensão e a corrente:


Desequilíbrio de tensões Medição das grandezas instantâneas 

Numa fase 

A medição da potência instantânea numa só fase não é fácil obter computacionalmente por ser dada por impulsos. O algoritmo que resolve esse problema, proposto por [4], diz que a potência aparente pode ser obtida pela seguinte formula:

Onde Ua,b e Ia,b correspondem às componentes ortogonais fictícias As potências activa e reactiva são então dadas por:


Referências 

[1] C. L. Moreira, "Identification and Development of MicroGrids Emergency Control Procedures", PhD dissertation, November 2008

[2] J.A.Peças Lopes ,SilvanA.Polenz ,C.L.Moreira ,RachidCherkaoui, “Identification of control and management strategies for LV unbalanced microgrids with plugged-in electric vehicles”, Electric Power Systems Research, October 2009

[3] M. Urs Zahnd, “Control Strategies for Load-Following Unbalanced MicroGrids Islanded Operation”, Diploma project of M. Urs Zahnd, candidate for the EPFL electrical engineering degree, 2007.

[4] Burger,A.Engler,”Fast signal conditioning in single phase systems.”


Revisão Bibliográfica