Sistema de emulação de rede com conversor multinível em cascata e controle preditivo por modelo para teste de recursos energéticos distribuídos
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Data
2023-08-11Primeiro coorientador
Carnielutti, Fernanda de Morais
Primeiro membro da banca
Tahim, André Pires Nóbrega
Segundo membro da banca
Lima, Daniel Martins
Terceiro membro da banca
Grigoletto, Felipe Bovolini
Quarto membro da banca
Vieira, Rodrigo Padilha
Metadata
Mostrar registro completoResumo
Esta Tese de Doutorado tem por objetivo propor um sistema de emulação de rede
para teste de recursos energéticos distribuídos (DER - Distributed Energy Resources) com
a utilização de um conversor multinível em cascata, tendo como intuito mitigar os problemas relacionados a conversores de dois níveis existentes na maioria dos emuladores de
rede, como baixa eficiência, maior presença de harmônicos e filtro de saída volumoso. Para
isso, é utilizado um método chamado de Geometrical Modulated Model Predictive Control
(GM2PC) para inversores trifásicos utilizando filtros LC, que foi desenvolvido neste trabalho para solucionar problemas encontrados na técnica MPC convencional, como frequência de comutação variável, alto esforço computacional e espectro harmônico espalhado. O
objetivo do método é de garantir a síntese de tensão desejada, limitando a corrente através do indutor do filtro. Além disso, o método apresenta baixo esforço computacional,
frequência fixa de comutação, lida com a questão da sobremodulação, não apresenta fator
de ponderação ou estrutura de controle em cascata, possuindo também a capacidade de
distribuir os sinais PWM entre os módulos de conversores multiníveis em cascata de uma
maneira rápida e eficiente. Para tanto, será apresentada a modelagem em tempo discreto
da configuração utilizada e, em seguida, um problema de otimização convexa com duas
restrições quadráticas de desigualdade é formulado para minimizar o erro de rastreamento
de saída. Para resolver o problema, cada restrição é tratada como uma área circular sobre
o diagrama de espaço vetorial, sendo uma para síntese de tensão e outra para limitação
de corrente. As condições de Karush-Kuhn-Tucker são utilizadas para obter uma solução
sem restrição que, em seguida, identifica o modo no qual o método deve operar. O método
GM2PC será utilizado neste trabalho com um conversor multinível em cascata de 5 níveis
para demonstrar o funcionamento do protótipo de sistema de emulação de rede, através
de ensaios de perturbações de tensão comumente utilizados em testes de DERs. Os resultados demonstram que o método é capaz de funcionar ao utilizar carga linear, não linear
absorvendo ou fornecendo potência, carga desbalanceada, sob condição de curto-circuito,
além de ser capaz de emular impedância da rede. Foram também analisados os conteúdos harmônicos e os tempos de execução do método proposto em comparação com outros
métodos e para diferentes conversores. Por fim, é apresentada uma proposta teórica de
um sistema real de emulação de rede com potência elevada para teste de DERs.
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