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Análise de impactos na rede de distribuição de energia elétrica decorrentes da inserção de sistemas de geração fotovoltaicos
(2017-06-30) Nunes, Evandro Ailson de Freitas; Ribeiro, Ricardo Lúcio de Araújo; http://lattes.cnpq.br/6628177274865696; http://lattes.cnpq.br/8374333578947971; Oliveira, Alexandre Cunha; http://lattes.cnpq.br/6699829609793478; Costa, Flávio Bezerra; http://lattes.cnpq.br/7510091283933216; Rocha, Thiago de Oliveira Alves; http://lattes.cnpq.br/0526030044370008
Atualmente, os incentivos à geração de energia elétrica a partir da fontes consideradas limpas vêm aumentando consideravelmente devido à escassez dos combustíveis fósseis, até então utilizados em abundância. Em paralelo, unidades de geração distribuída que utilizam fontes renováveis também ganha força com a diminuição dos impostos aplicados sobre os componentes constituintes dos sistemas de geração que utilizam este tipo de fonte de energia. No entanto, a qualidade da energia elétrica tem sido severamente afetada pelo aumento do número desses sistemas ligados às redes de distribuição de baixa tensão. Com base nisso, nesta dissertação são avaliados os impactos na rede de distribuição de energia elétrica decorrentes da conexão de instalações fotovoltaicas, em vários níveis de penetração. Nesse intuito, é realizado um estudo de caso que consiste em operar uma planta fotovoltaica de 9 kWp conectada ao ponto de acoplamento comum de uma subestação com potência nominal de 15 kVA. O sistema fotovoltaico utilizado, se divide em: i) sistema trifásico fixo de 8 kWp e ii) sistema monofásico fixo de 1 kWp. A avaliação é feita com base nos indicadores da qualidade da energia elétrica, que indicam as características de potência, harmônicos de tensão e corrente, desequilíbrios entre fases do sistema e regulação do fator de potência. A partir da análise desses indicadores, obtidos com auxílio da transformada discreta de Fourier, é realizada uma análise do impacto gerado pela planta fotovoltaica no ponto de conexão com a rede elétrica. Por meio de resultados experimentais, os indicadores são estimados durante a operação do sistema fotovoltaico e são analisados e comparados com o padrão internacional estabelecido pelo IEEE (do inglês, Institute of Electrical and Electronics Engineers).
Aumento da eficiência do controle do fluxo de potência de sistemas de geração distribuída utilizando impedância virtual implementada por controle de estrutura variável
(2018-07-10) Fonsêca, Thales Queiroz; Ribeiro, Ricardo Lúcio de Araújo; Costa, Flávio Bezerra; ; ; ; Araújo, Fábio Meneghetti Ugulino de; ; Pinheiro, José Renes; ; Rocha, Thiago de Oliveira Alves;
O avanço da eletrônica de potência e das restrições ambientais têm possibilitado a inserção de sistemas de geração que utilizam fontes renováveis na rede elétrica. Geralmente, tais sistemas de geração utilizam a energia solar e/ou eólica como fonte primária de energia e são conectados à rede elétrica por meio de conversores de potência. A integração desses sistemas à rede elétrica pode produzir instabilidade do sistema elétrico de potência por se tratarem de fontes não despacháveis de energia. Sendo assim, estratégias de controle são essenciais para garantir o funcionamento adequado do sistema. Dentre as estratégias empregadas, a utilização da técnica de impedância virtual tem apresentado crescente interesse, permitindo modificar o comportamento dinâmico da unidade de geração para melhorar a transferência de energia à rede elétrica. Atualmente, têm-se diversas aplicações com a implementação da impedância virtual, tais como: controle do fluxo de potência, compensação de harmônicos e desbalanceamentos, estabilização ativa, entre outros. Nesta dissertação de mestrado propõe-se uma técnica de impedância virtual implementada em um sistema fotovoltaico, trifásico, padrão e interconectado à rede elétrica, para regular o seu fluxo de potência e garantir a estabilidade do sistema elétrico.
Contribuições na estratégia de controle por modos deslizantes aplicados a conversores formadores de rede
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2022-11-09) Sousa, Alan Rodrigues de; Ribeiro, Ricardo Lúcio de Araújo; https://orcid.org/0000-0001-5295-340X; http://lattes.cnpq.br/6628177274865696; http://lattes.cnpq.br/5135345292757684; Oliveira, Alexandre Cunha; Costa, Flávio Bezerra; Rocha, Thiago de Oliveira Alves
Os sistemas de geração distribuída que utilizam fontes renováveis de energia, estão cada vez mais presentes no sistema elétrico devido à necessidade de suprir a demanda de energia e as restrições ambientais. Geralmente, tais sistemas de geração são conectados à rede elétrica por meio de conversores de potência e, a sua integração à rede, pode produzir instabilidade no sistema elétrico. Com o avanço da eletrônica de potência e a vasta gama de aplicações que envolvem os conversores de tensão monofásicos, é possível, com a estratégia de controle adequada, contornar os problemas de instabilidade e oferecer, também, melhorias na qualidade da energia fornecida. Para isso, diversas técnicas de controle têm sido estudadas com esse intuito, no entanto, as técnicas convencionais falham por não possuírem robustez às incertezas paramétricas e por serem dependentes do modelo do sistema. Assim, o controle por modos deslizantes tem ganhado espaço no controle de conversores, por se tratar de uma técnica robusta às incertezas paramétricas e ser independente do modelo do sistema. Apesar disso, a presença de ondulações na variável controlada em regime permanente é sua principal desvantagem. Nesse sentido, nessa dissertação é apresentada uma estratégia de controle por modos deslizantes aplicada a conversores monofásicos formadores de rede. A estratégia proposta emprega ferramentas analíticas de sistemas lineares em conjunto com a teoria do controle equivalente para determinar a localização adequada dos polos em malha fechada do sistema quando restritos a superfície e deslizamento. Além disso, é utilizado uma estrutura simplificada para limitar a amplitude máxima da corrente que passa pelas chaves do conversor. Para emular inércia e garantir o controle adequado da potência fornecida pelo conversor, é implementada uma malha de potência utilizando a estratégia de controle por potência síncrona. Resultados de simulação obtidos de um VSI monofásico formador de rede conectado à rede operando em diferentes condições operacionais demonstram a eficácia da solução proposta.
Contribuições para estratégia de controle aplicada à geração fotovoltaica interconectada à rede elétrica
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2015-12-09) Rocha, Thiago de Oliveira Alves; Ribeiro, Ricardo Lúcio de Araújo; Costa, Flávio Bezerra; ; http://lattes.cnpq.br/7510091283933216; ; http://lattes.cnpq.br/6628177274865696; ; http://lattes.cnpq.br/0526030044370008; Roda, Valentin Obac; ; http://lattes.cnpq.br/4823406157799513; Lima, Antonio Marcus Nogueira; ; http://lattes.cnpq.br/2237395961717699; Limongi, Leonardo Rodrigues; ; http://lattes.cnpq.br/3424760452548457
Os sistemas de geração, que utilizam fontes renováveis, estão se tornando cada vez mais populares devido à necessidade do incremento do uso da energia elétrica. Atualmente, as fontes renováveis cooperam com a geração convencional, em decorrência da limitação do sistema na entrega da potência requerida, da necessidade da redução dos efeitos indesejados das fontes que utilizam combustíveis fosseis (poluição) e a dificuldade de construção de novas linhas de transmissão e/ou distribuição. Esta cooperação se dá por meio da geração distribuída. Desta forma, neste trabalho são propostas contribuições para o sistema de controle utilizado para a interconexão de sistemas PV (do inglês, Photovoltaic) de geração distribuída com a rede elétrica trifásica, por meio de filtros de conexão do tipo LCL. A compensação da qualidade de energia no ponto de acoplamento comum (PAC) é realizada garantindo-se que a rede elétrica forneça, ou consuma apenas potência ativa e que suas correntes possuam baixo teor harmônico. Diferentemente das técnicas tradicionais, que necessitam de esquemas para a detecção harmônica, a técnica utilizada realiza a compensação harmônica sem a utilização desses esquemas, controlando as correntes de saída do sistema de uma forma indireta. Para que haja um efetivo controle da tensão do barramento CC (Corrente Contínua) é utilizado o controlador robusto em modo dual DSM-PI (Proporcional Integral Dual em Modo Deslizante), que durante o transitório se comporta como um controlador em modo deslizante SM-PI (Proporcional Integral em Modo Deslizante), e em regime permanente se comporta como um PI (Proporcional Integral) convencional. Para o controle das correntes é utilizado a estratégia de controle repetitivo, onde são utilizados controladores de dupla sequência (DSC) sintonizados na componente fundamental, no quinto e no sétimo harmônico. As correntes de referência são alinhadas ao ângulo de fase do vetor tensão da rede elétrica, obtido a partir do uso de um SRF-PLL (do inglês, Synchronous Reference Frame Phase-Locked-Loop). Com o intuito de obter a máxima potência do array fotovoltaico é utilizado um algoritmo de MPPT (do inglês, Maximum Power Point Tracking) sem a necessidade de adição de sensores. Resultados experimentais são apresentados para demonstrar a eficácia do sistema de controle proposto.
Contribuições para o gerenciamento de energia de microrredes CA monofásicas usadas em comunidades isoladas
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2023-04-26) Bissiriou, Aziz Oloroun Shola; Ribeiro, Ricardo Lúcio de Araújo; https://orcid.org/0000-0001-5295-340X; http://lattes.cnpq.br/6628177274865696; http://lattes.cnpq.br/1494157127105544; Oliveira, Alexandre Cunha; Costa, Flávio Bezerra; https://orcid.org/0000-0002-7554-1480; http://lattes.cnpq.br/7510091283933216; Rocha, Thiago de Oliveira Alves
As comunidades remotas precisam de assistência para manter um sistema de energia confiável que possa fornecer um fluxo de potência eficiente aos seus consumidores, pois muitas vezes não estão conectadas a grandes sistemas de transmissão. Para atender às necessidades energéticas locais são criados pequenos sistemas de potência, denominados de microrredes. Normalmente, essas microrredes utilizam Fontes de Energia Renováveis RESs (do inglês, Renewable Energy Resources) e Sistemas de Armazenamento de Energia (SAEs) para controlar o fluxo de potência e manter a qualidade da energia dentro do especificado. No entanto, devido à intermitência das fontes renováveis, principalmente as fontes eólica e solar, encontrar a topologia adequada e definir um sistema de gerenciamento de potência para essas microrredes têm sido desafiador. Este trabalho de dissertação apresenta uma metodologia para determinar uma topologia adequada para uma microrrede CA monofásica, a fim de fornecer energia à comunidade de Adjarra/Benin. Além disso, propõe um esquema de gerenciamento de energia para garantir um fluxo de energia confiável, levando em consideração os custos mínimos de implantação e operação da microrrede. Por fim, a viabilidade da operação da microrrede em diferentes cenários é avaliada por meio de experimentos de simulação.
Controle cooperativo do fluxo de potência de microrrede CC com uso de sistema de armazenamento de energia
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2020-12-18) Oliveira, Gabriel Pereira de; Ribeiro, Ricardo Lucio de Araújo; Costa, Flávio Bezerra; ; http://lattes.cnpq.br/7510091283933216; ; http://lattes.cnpq.br/6628177274865696; ; http://lattes.cnpq.br/2340427873121127; Dorea, Carlos Eduardo Trabuco; ; http://lattes.cnpq.br/0143490577842914; Santos Júnior, Euzeli Cipriano dos; ; http://lattes.cnpq.br/6627811177270508; Rocha, Thiago de Oliveira Alves; ; http://lattes.cnpq.br/0526030044370008
A crescente demanda energética mundial e o aumento da preocupação social/política com a questão ambiental têm impulsionado a inserção de fontes de energias renováveis (FERs) no sistema elétrico de potência (SEP), como sistemas fotovoltaicos e sistemas eólicos de geração. Geralmente essas fontes são inseridas no SEP como sistemas de geração distribuída (SGDs) no novo modelo de matriz energética organizada por microrredes. Essas microrredes são redes em escala reduzida compostas por fontes baseadas em SGDs, cargas elétricas e sistemas de armazenamento de energia (SAEs). A dependência dessas fontes de energia à condições meteorológicas as torna intermitentes e estocásticas. Portanto, para prover o equilíbrio energético dessas microrredes é necessária a utilização dos SAEs. Nesse sentido, neste trabalho é proposta uma estratégia de controle cooperativo para regular o fluxo de potência de uma microrrede CC com um SAE interconectado. A estratégia proposta coordena o controle de tensão do barramento CC pelo Interlink CC (ILC) e pelo SAE, provendo a suavização da potência fornecida a rede elétrica. Para desacoplar as malhas de controle é utilizada uma função de inferência gaussiana baseada na informação do desvio de tensão no barramento CC. A técnica proposta é validada por meio de simulações digitais e testes experimentais.
Conversor fonte de impedância monofásico operando em modo isolado
(2016-06-30) Nascimento, Franklin Hebert Silva do; Roda, Valentin Obac; Ribeiro, Ricardo Lúcio de Araújo; http://lattes.cnpq.br/6628177274865696; http://lattes.cnpq.br/4823406157799513; http://lattes.cnpq.br/6882253965408475; Salazar, Andres Ortiz; http://lattes.cnpq.br/7865065553087432; Rocha, Thiago de Oliveira Alves; http://lattes.cnpq.br/0526030044370008
Os avanços tecnológicos ocorridos nas últimas décadas representam uma procura da humanidade por melhores condições relacionadas à qualidade de vida. Todo o desenvolvimento obtido nas diversas áreas do conhecimento humano, quase sempre, está diretamente relacionado à utilização da energia elétrica, sendo, portanto, de fundamental importância, a pesquisa voltada para geração e formas de utilização da energia elétrica gerada. O trabalho desenvolvido é voltado a apresentar a utilização de um conversor do tipo fonte de impedância utilizado para alimentar cargas monofásicas a partir de um sistema de alimentação primário, operando em modo isolado. O conversor é formado por uma malha de impedância na entrada composta por um diodo ultra rápido, indutores e capacitores, além disso são usadas quatro chaves de potência para converter potência CC em potência CA. A tensão de entrada da malha Z é sintetizada a partir de um conjunto composto por uma fonte de tensão senoidal trifásica ajustável; uma ponte retificadora trifásica a diodos, e um grande capacitor eletrolítico de filtro. Será apresentada uma metodologia de projeto para dimensionamento do conversor, bem como apresentada a técnica de modulação Boost simples e suas variações, utilizadas no acionamento do conversor. Além disso será apresentada uma nova técnica de modulação proposta nesse trabalho. As técnicas de modulação para o acionamento do conversor serão avaliadas por meio de simulações e resultados experimentais.
Desacoplamento P/Q de sistemas de geração distribuída utilizando o conceito de impedância virtual
(2019-08-30) Cardoso, Luã Silva; Ribeiro, Ricardo Lúcio de Araújo; ; ; Dorea, Carlos Eduardo Trabuco; ; Sousa Neto, Cecílio Martins de; ; Pinheiro, José Renes; ; Rocha, Thiago de Oliveira Alves;
A utilização de sistemas de geração distribuída, que utilizam fontes renováveis de energia elétrica, tem se tornado cada vez mais comum, devido ao retorno do investimento, que está ocorrendo cada vez mais ágil, aos avanços dos sistemas de interconexão e também aos problemas ambientais gerados pela utilização de sistemas não renováveis de geração. No Brasil, a capacidade energética proveniente da geração distribuída está em constante crescimento. Diante do novo modelo do sistema elétrico de potência, com a participação de sistemas de geração distribuída, a utilização de métodos que regulem o fluxo de potência nas unidades de geração pode contribuir diretamente para a estabilidade do sistema elétrico, especialmente em redes de baixa tensão, pois as mesmas possuem perfil predominantemente resistivo e o fornecimento de potência ativa pode ocasionar sobretensões. Além disso, estratégias de fluxo de potência utilizadas em sistemas de geração convencionais não podem ser utilizadas nos sistemas de geração distribuída devido ao acoplamento entre as potencias ativa e reativa. Dessa forma, a realização desse trabalho tem o objetivo de adequar o controle do fluxo de potência, em um sistema fotovoltaico de geração distribuída controlado no modo tensão, utilizando o conceito de impedância virtual. Para superar o problema do acoplamento entre as potências ativa e reativa, o sistema implementado nesse trabalho utiliza um resistor virtual. Para efeito de análise, o resistor virtual é implementado de duas formas. Na primeira é implementado um resistor virtual positivo para acentuar o perfil resistivo do sistema, torna-do possível o controle P/V e Q/θ. Na segunda é implementado um resistor virtual negativo com o intuito de tornar o perfil da rede predominantemente indutivo e realizar o controle tradicional P/θ e Q/V. A utilização do conceito de impedância virtual é avaliada por meio de resultados de simulação e experimentais.
Desconexão e conexão automática com a rede elétrica de um sistema fotovoltaico com SAE controlado no modo tensão
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2022-07-28) Silva, Akillys Felipe da; Rocha, Thiago de Oliveira Alves; https://orcid.org/0000-0001-9751-8321; http://lattes.cnpq.br/0526030044370008; http://lattes.cnpq.br/2301294174894170; Oliveira, Arrhenius Vinicius da Costa; http://lattes.cnpq.br/5392659422114043; Dantas Neto, José Raimundo; http://lattes.cnpq.br/0632687844877314
Em busca de superar a escassez das fontes de energia convencionais, Fontes Renováveis de Energia (FRE) são introduzidas na matriz energética. Tais fontes apresentam diversas vantagens quando comparadas com as não-renováveis, como por exemplo, a redução na emissão de gases poluentes na atmosfera presente na geração térmica. Além disso, não existe riscos de acidentes que possam contaminar grandes áreas, como nas usinas nucleares. Uma das possibilidades de conectar uma FRE à rede elétrica, é por meio de Sistemas de Geração Distribuída (SGD), que possui vantagens em relação à geração concentrada convencional. Geralmente SGDs são conectados à rede elétrica através de conversores de potência, como por exemplo, na geração fotovoltaica PV (do inglês, Photovoltaic) e na geração eólica. Existem diferentes modos de operação de tais conversores, que podem garantir a confiabilidade e estabilidade do sistema, sendo possível também fornecer suporte de tensão à rede. Quando controlado no modo tensão, é possível realizar o efetivo controle de tensão e frequência do Ponto de Acoplamento Comum (PAC), além de possibilitar a operação em modo ilhado, ou seja, isolado da rede elétrica. Para operar durante o ilhamento e realizar a transição entre os modos de operação de forma efetiva, é necessário o uso de estruturas de controle adequadas. Nesse sentido, a realização deste trabalho tem o objetivo de detectar a condição de ilhamento através de um Método de Detecção de Ilhamento (MDI) em um SGD fotovoltaico com Sistema de Armazenamento de energia (SAE) controlado no modo tensão. A estrutura de controle implementada é responsável pela detecção do ilhamento, realizando a desconexão do sistema. Durante o ilhamento, o sistema precisa fornecer a potência das cargas com frequência e tensão nominais. Quando a rede volta a operação normal, o sistema deve ser reconectado de forma adequada, evitando elevadas oscilações de tensão e frequência. Resultados de simulação são apresentados para verificar o desempenho do MDI utilizado neste trabalho.
Desenvolvimento de estação meteorológica baseada em Arduino para determinação da produção anual de energia e fator de capacidade de uma turbina eólica
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2022-02-08) Corcino, Luiz Paulo Rodrigues; Roda, Valentin Obac; Oliveira, Arrhenius Vinicius da Costa; Rocha, Thiago de Oliveira Alves
O mundo está em busca de soluções para diminuir os impactos ambientais da produção de energia. Com esse objetivo, novos investimentos em várias áreas de energias renováveis estão sendo realizados, e uma das fontes que mais está em destaque é a energia produzida pela força dos ventos. Contudo, não basta só o desenvolvimento de tecnologias, é necessário o estudo da viabilidade do equipamento que produzirá a energia eólica. Logo, existe a necessidade de estudos mais profundos sobre o comportamento do vento em todas as localidades e cidades para implementação de usinas eólicas de grande e pequeno porte. Neste trabalho, foi desenvolvida uma pequena estação meteorológica baseada em uma placa Arduino. Essa estação foi utilizada para monitoramento e análise das características do vento na cidade de Natal/RN.
Development of an FPGA-based real-time power system simulator for traveling wave-based protective relay validation
(2019-09-06) Leal, Marcos Sérgio Rodrigues; Costa, Flávio Bezerra; ; ; Fernandes, Marcelo Augusto Costa; ; Ribeiro, Ricardo Lúcio de Araújo; ; Rocha, Thiago de Oliveira Alves; ; Neves, Washington Luiz Araújo;
Neste trabalho é proposto o desenvolvimento de um simulador digital em tempo real de sistemas de potência utilizando uma plataforma customizada de baixo custo baseada em FPGA do inglês, field-programmable gate array, adequada para realizar a validação em tempo real de métodos de proteção aplicados a linhas de transmissão baseadas em ondas viajantes. A descrição do simulador se desenvolve a partir das etapas de modelagem, implementação e simulação de um sistema de transmissão, que é usado para destacar a capacidade do simulador de representar fenômenos transitórios de alta freqüência em linhas de transmissão. Assim, inicialmente, o equacionamento matemático dos modelos implementados bem como o desenho geral do solver, que é desenvolvido tomando como referência o programa de transitórios eletromagnéticos (EMTP), são apresentados. Em seguida, são apresentadas as características do simulador, como a arquitetura de hardware, software de desenvolvimento, estratégias de comunicação, interface gráfica, módulos de entrada/saída e exportação de dados, bem como os estágios de implementação do sistema de teste. Adicionalmente, neste trabalho propõe-se a implementação de um relé protótipo usando um dispositivo de hardware baseado em DSP do inglês, digital signal processing, executando um esquema de proteção baseado na teoria ondas viajantes, além de sua integração em malha fechada com a simulação. Uma interface gráfica (GUI do inglês, graphical user interface) é desenvolvida para que os parâmetros de simulação sejam definidos, incluindo as condições para aplicação de faltas elétricas, e monitorar a dinâmica do sistema de potência utilizado como estudo de caso. Simulações offline obtidas do Matlab/Simulink são usadas para validar os resultados em tempo real.
Estratégia de controle aplicado a Sistemas de Geração Distribuída segundo o conceito de Gerador Síncrono Virtual
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2020-12-17) Dantas Neto, José Raimundo; Ribeiro, Ricardo Lucio de Araújo; Costa, Flavio Bezerra; ; http://lattes.cnpq.br/7510091283933216; ; http://lattes.cnpq.br/6628177274865696; ; http://lattes.cnpq.br/0632687844877314; Oliveira, Alexandre Cunha; ; http://lattes.cnpq.br/6699829609793478; Martins, Allan de Medeiros; ; http://lattes.cnpq.br/4402694969508077; Martins, Mário Lúcio da Silva; ; http://lattes.cnpq.br/2730012969211616; Rocha, Thiago de Oliveira Alves; ; http://lattes.cnpq.br/0526030044370008
A crescente utilização dos Sistemas de Geração Distribuída (SGD) baseados em fontes de energia renováveis (FER) tem contribuído para a redução de diversos impactos ambientais, econômicos e sociais causados pela queima de combustíveis fósseis no sistema de geração convencional. Entretanto, o aumento massivo da produção de energia elétrica a partir da utilização de FERs, também provoca impactos indesejáveis, como a redução da inércia da rede elétrica, oscilações na amplitude da tensão e redução das margens de estabilidade. Além disso, o Sistema Elétrico de Potência (SEP) tem alterado sua configuração e o conceito de microrrede tem ganhado interesse nos últimos anos. Nessa abordagem, sistemas de controle mais eficientes e confiáveis são requeridos para uma operação adequada do SEP. Com isso, estratégias de controle têm sido desenvolvidas, com o objetivo de que os SGDs forneçam a potência gerada pela fonte primária, mas também deem suporte de tensão e frequência à rede elétrica, promovendo o aumento das margens de estabilidade e garantindo a qualidade de energia. Dessa forma, neste trabalho é proposto um sistema de controle baseado no conceito de Gerador Síncrono Virtual (GSV), com o objetivo de contribuir com a estabilidade da rede elétrica, dando suporte de tensão através da regulação do fluxo de potência entre o SGD e a rede, a partir do uso da técnica de controle por decaimento P/ω e Q/V. O suporte de frequência é obtido com a introdução de uma inercia virtual no SGD. A inércia virtual é emulada por meio de técnicas de atraso de transporte aplicada na regulação de potência. Diferentemente da maioria dos trabalhos que utilizam a abordagem de GSV, um esquema de partida suave é desenvolvido, utilizando a estimação do vetor tensão da rede elétrica, feita por um SRF-PLL (do inglês, Synchronous Reference Frame Phase Locked Loop). Resultados de simulação são apresentados para validar o método proposto
Estratégia de controle com regulação da geração de energia e transição suave entre os modos de operação conectado e ilhado para sistemas de geração distribuída fotovoltaicos
(2019-10-04) Damasceno, Yuri Iohanssen Ribeiro; Ribeiro, Ricardo Lucio de Araújo; ; ; Araújo, Fábio Meneghetti Ugulino de; ; Rocha, Thiago de Oliveira Alves; ; Sousa Neto, Cecílio Martins de; ; Medeiros, Rodrigo Prado de;
Espera-se que a demanda mundial de energia aumente nas próximas décadas em ritmo superior a capacidade de fornecimento das fontes de energia tradicionais. Isso tem impulsionado a inserção de unidades de Geração Distribuída baseadas em Fontes Renováveis de Energia (GD-FRE) no modelo atual do sistema de potência, as quais tendem a ser integradas ao sistema de potência por meio de microrredes. As microrredes com sistemas de GD-FRE podem atender a cargas locais em um sistema isolado (operação ilhada) ou conectados à rede elétrica (operação conectada à rede). Idealmente, esses sistemas de GD-FRE devem ter a capacidade de realizar uma transição suave entre os modos de operação, de forma que o fornecimento contínuo de energia seja garantido, independentemente do estado da rede elétrica. Neste trabalho é proposta uma estratégia de controle para um sistema de GD-FRE de baixa tensão capaz de operar nos modos ilhado e conectado à rede com transição suave entre os modos conectado e ilhado, que regula a geração da FRE, dispensando o uso de sistemas de armazenamento de energia no modo de operação ilhado e que não utiliza comunicação entre as unidades de GD. A estratégia de controle proposta é dividida em três partes: (a) o controle do conversor conectado ao ponto de acoplamento comum (PAC) (controle de corrente, tensão e potência), (b) unidade de gestão do modo de operação (constituída pelos controles da tensão barramento CC do sistemas GD, controle de tensão e de frequência angular do PAC) e (c) o subsistema de sincronismo e detecção de ilhamento. A estratégia de controle é validada através da simulação de um sistema trifásico de GD-FRE. A utilização da estratégia permite que o sistema apresente uma transição suave entre os modos, com baixa perturbação na tensão do PAC, a manutenção do equilíbrio de potência no modo ilhado e um processo de sincronização rápido do modo ilhado para o conectado à rede. Além disso, o sistema apresenta um tempo de resposta rápido do controle da tensão do barramento CC que é capaz de manter o transitório pequeno, mesmo quando ocorrem elevados desequilíbrios de potência durante a transição dos modos.
Estratégia de controle robusto para interconexão de sistemas PV trifásicos à rede elétrica
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2014-01-24) Rocha, Thiago de Oliveira Alves; Ribeiro, Ricardo Lúcio de Araújo; ; http://lattes.cnpq.br/6628177274865696; ; http://lattes.cnpq.br/0526030044370008; Costa, Flavio Bezerra; ; http://lattes.cnpq.br/7510091283933216; Oliveira, Alexandre Cunha; ; http://lattes.cnpq.br/6699829609793478; Limongi, Leonardo Rodrigues; ; http://lattes.cnpq.br/3424760452548457
Atualmente há uma grande preocupação em relação a substituição das fontes não renováveis pelas fontes renováveis na geração de energia elétrica. Isto ocorre devido a limitação do modelo tradicional e da crescente demanda. Com o desenvolvimento dos conversores de potência e a eficácia dos esquemas de controle, as fontes renováveis têm sido interligadas na rede elétrica, em um modelo de geração distribuída. Neste sentido, este trabalho apresenta uma estratégia de controle não convencional, com a utilização de um controlador robusto, para a interconexão de sistemas fotovoltaicos com à rede elétrica trifásica. A compensação da qualidade de energia no ponto de acoplamento comum (PAC) é realizada pela estratégia proposta. As técnicas tradicionais utilizam detecção de harmônicos, já neste trabalho o controle das correntes é feita de uma forma indireta sem a necessidade desta detecção. Na estratégia indireta é de grande importância que o controle da tensão do barramento CC seja efetuado de uma forma que não haja grandes flutuações, e que a banda passante do controlador em regime permanente seja baixa para que as correntes da rede não tenham um alto THD. Por este motivo é utilizado um controlador em modo dual DSM-PI, que durante o transitório se comporta como um controlador em modo deslizante SM-PI, e em regime se comporta como um PI convencional. A corrente é alinhada ao ângulo de fase do vetor tensão da rede elétrica, obtido a partir do uso de um PLL. Esta aproximação permite regular o fluxo de potência ativa, juntamente com a compensação dos harmônicos e também promover a correção do fator de potência no ponto de acoplamento comum. Para o controle das correntes é usado um controlador dupla sequencia, que utiliza o princípio do modelo interno. Resultados de simulação são apresentados para demonstrar a eficácia do sistema de controle proposto
Implementação de controle baseado em impedância virtual para sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica
(2017-11-24) Silva, João Paulo de Oliveira e; Costa, Flávio Bezerra; ; ; Guimarães, Alexandre Magnus Fernandes; ; Rocha, Thiago de Oliveira Alves; ; Sousa Neto, Cecílio Martins de;
O conceito de impedância virtual tem sido crescentemente usado em sistemas baseados em eletrônica de potência. Os esquemas de controle baseados em impedância virtual oferecem um meio de modelar o perfil dinâmico dos conversores, essencialmente utilizando um conceito de controle orientado a circuito com a vantagem de não ter perdas. O uso de impedâncias virtuais para o controle da impedância de saída permite que os conversores possam prover funções auxiliares como o controle do fluxo de potência, tolerância a faltas, compensação de distorção harmônica e melhorar a estabilidade dos conversores frente a diferentes condições de carga e da rede. Nesta dissertação de mestrado propõe-se a implementação de estratégias de controle baseadas em impedância virtual, utilizadas em um sistema fotovoltaico conectado à rede elétrica através de um conversor trifásico. Diferentes implementações de impedâncias virtuais e suas funções são apresentadas, e o sistema fotovoltaico e as estratégias de controle utilizadas, baseadas em impedância virtual, são descritos. Resultados de simulação e experimentais da implementação das impedâncias virtuais são apresentados, validando a estratégia de controle proposta.
Implementação de uma máquina síncrona virtual em um sistema fotovoltaico trifásico conectado à rede elétrica
(2018-10-10) Dantas, Everton da Silva; Ribeiro, Ricardo Lúcio de Araújo; ; ; Costa, Flávio Bezerra; ; Rocha, Thiago de Oliveira Alves; ; Sousa Neto, Cecílio Martins de;
A rápida expansão dos sistemas de geração de energia elétrica a partir de fontes renováveis, destacando-se os sistemas fotovoltaicos e eólicos, tem trazido desafios para a operação do sistema elétrico de potência, dentre os quais pode-se destacar: a alta variabilidade e difícil previsibilidade da potência gerada por essas fontes e a susceptibilidade delas à transitórios presentes no sistema elétrico, que podem ocasionar instabilidades. Atualmente, a utilização de sistemas de geração renováveis é possível devido a sua baixa representatividade no sistema elétrico e a capacidade dos geradores síncronos das hidroelétricas de absorver oscilações provenientes de outras fontes, garantindo a estabilidade do sistema. O conceito de máquina síncrona virtual tem despertado crescente interesse na sua utilização em sistemas baseados em eletrônica de potência, como uma alternativa para o controle do fluxo de potência destas fontes e mitigação dos efeitos adversos de sua interconexão com a rede elétrica. Esta dissertação tem por objetivo apresentar uma proposta de modificação das estruturas de controle de um sistema de geração fotovoltaica, utilizando o conceito de máquina síncrona virtual, para realização do controle efetivo do fluxo de potência e contribuir para estabilidade de tensão e da frequência do ponto de acoplamento.
Plataforma de prototipagem rápida de hardware e software aplicada a projetos de conversores eletrônicos de potência
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2024-10-11) Martins, Matheus Prado Galli; Rocha, Thiago de Oliveira Alves; https://orcid.org/0000-0001-9751-8321; http://lattes.cnpq.br/0526030044370008; http://lattes.cnpq.br/2704588987315636; Soares, Antonio Wallace Antunes; Costa, Flávio Bezerra; Oliveira, José Alberto Nicolau de
Os Conversores Eletrônicos de Potência CEPs oferecem alta capacidade de controle eficiente do fluxo de energia elétrica. Até a década de 1990, a principal aplicação dessa tecnologia era acionar motores industriais e fontes de alimentação convencionais, como retificadores, choppers ou mesmo inversores. Hoje em dia, além do uso convencional, os conversores são empregados em uma ampla gama de aplicações de baixa, média e alta potência, incluindo aplicações residenciais, geração centralizada de energia renovável, geração distribuída e veículos elétricos. A complexidade e a grande variabilidade das novas topologias dos CEPs tornam obrigatório o uso de Processadores de Sinais Digitais (DSPs), microcontroladores ou FPGAs (do inglês, Field Programmable Gate Array) para implementar o controle digital. Nas universidades e nas indústrias, essas novas estratégias de controle para CEPs são desenvolvidas e podem ser testadas por meio do uso de plataformas HIL (do inglês, Hardware-in-the-Loop) com um ambiente de software RCP (do inglês, Rapid Control Prototyping). São necessários altos investimentos para essas soluções comerciais, que geralmente utilizam tecnologia de marca registrada. Além disso, e também um aspecto muito relevante, é a metodologia de ensino orientada a projetos utilizada nas universidades para desenvolver as competências necessárias para engenheiros, técnicos e entusiastas que desenvolvem novas soluções e estratégias de Pesquisa e Desenvolvimento P&D. Neste sentido, nesse trabalho é proposta a implementação de uma Plataforma de Prototipagem Rápida PPR para implementação de protótipos de CEPs, que consiste em um Gabinete Principal, equipado com Módulos de Prototipagem Rápida MPR que são uma melhoria funcional das soluções existentes que focam na prototipagem rápida de software e não permite alterações e desenvolvimento de hardware. Esta é uma solução acessível em termos de custo para que estudantes e profissionais que utilizam e operam CEPs possam construir seus projetos utilizando técnicas de design de hardware e software, bem como ferramentas de implementação utilizando o conceito DIY (do inglês, Do It Yourself). O projeto de um conversor boost é apresentado para validar a PPR, assim como a sua implementação em ambiente de simulação e experimental.
Uma proposta de metodologia de cálculo para estimação de perdas horárias de uma usina fotovoltaica com módulos bifaciais
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2021-07-27) Muniz Filho, Genilson Costa; Oliveira, Arrhenius Vinicius da Costa; Almeida, Marcos Antonio Dias de; 10611975491; http://lattes.cnpq.br/5323110802158816; http://lattes.cnpq.br/5392659422114043; Silva Júnior, José Luiz da; http://lattes.cnpq.br/6850567577702922; Medeiros, Rodrigo Prado de; http://lattes.cnpq.br/5249613956238698; Rocha, Thiago de Oliveira Alves
As usinas fotovoltaicas de geração centralizada são uma realidade na matriz energética nacional, sendo impulsionadas pela comercialização de energia no mercado regulado a partir da Empresa de Pesquisa Energética. Para o cadastramento dos projetos que desejam pleitear a venda de energia, faz-se necessária a realização de um estudo de expectativa de geração de energia. Nesse cenário, neste trabalho é proposta a análise de uma tecnologia que vem sendo aplicada nos últimos anos para aumentar a eficiência das usinas fotovoltaicas, que são os módulos bifaciais. No trabalho são abordados os principais pontos a serem levantados na simulação e na aplicação destes módulos em usinas de grande porte. Uma metodologia do cálculo das perdas de energia de uma usina fotovoltaica até o ponto de conexão do empreendimento foi desenvolvida, por meio do cálculo das perdas horárias, e, como base de dados de entrada para essa metodologia, foi realizado um arranjo de inversores fotovoltaicos simulados no software PVsyst. Por fim, é apresentado o dimensionamento dos principais equipamentos de uma usina fotovoltaica utilizando módulos bifaciais e a simulação desta usina, demonstrando a aplicação da metodologia abordada anteriormente. Dessa maneira, é esperado que o trabalho sirva como modelo de consulta para eventuais simulações de usinas fotovoltaicas que utilizam módulos bifaciais, bem como para o estudo da expectativa de geração de uma usina fotovoltaica de grande porte.
Proposta de sistema de eletrólise para produção de gás HHO com controle simplificado no contexto da hibridização veicular
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2024-10-07) Silva, Matheus Leal; Soares, Antonio Wallace Antunes; Cândido, Crisluci Karina Souza Santos; https://orcid.org/0000-0002-8877-2464; http://lattes.cnpq.br/4918786470731375; http://lattes.cnpq.br/3905527295400010; http://lattes.cnpq.br/4096951389878320; Pimentel Filho, Max Chianca; Deus, Michel Santana de; Rocha, Thiago de Oliveira Alves
A economia do hidrogênio tem ganhado notoriedade nos últimos anos, sendo parte integrante das propostas de eletrificação dos vetores energéticos da economia de forma global e da descarbonização da indústria (transição energética). Dessa forma, ao invés de focar na produção do Hidrogênio através de fontes emissoras de gases do efeito estufa, como ocorre atualmente (o chamado Hidrogênio cinza), observa-se a tendência desta produção ocorrer, futuramente, através da captura de poluentes no processo de reforma a vapor (hidrogênio azul) e também através da eletrólise utilizando energia elétrica proveniente de matriz renovável (hidrogênio verde). Ainda no contexto dessa economia proposta, diversas aplicações podem ser implementadas, tanto de forma estacionária (produção de calor por exemplo), como para fins de mobilidade, utilizando o hidrogênio para a locomoção de veículos. Em se tratando deste último, há duas vertentes de pesquisa que tem ganhado destaque: a primeira é a aplicação do hidrogênio em células à combustível para a alimentação de uma motor elétrico (eletromobilidade); ou efetivamente como combustível em motores à combustão internada projetados para este fim. Apesar da existência de modelos comerciais com estas tecnologias, ambos os tipos ainda não possuem efetiva escalabilidade industrial. Uma alternativa intermediária no curto e médio prazo, é a utilização do hidrogênio, mais precisamente, a combinação gasosa do Hidrogênio (H2) com oxigênio (O2) na forma do gás hidroxi ou gás HHO, em conjunto com os combustíveis convencionais: a chamada Hibridização Veicular. Este campo da hibridização à HHO requer estudos aprofundados de relacionados à viabilidade técnica, econômica e ambiental, com necessidade de construção de modelos, simulações e protótipos embarcados. Em vista disso, o presente trabalho propõe a montagem de uma planta de eletrólise à nível de protótipo com um sistema de controle simplificado em malha fechada para a produção do gás HHO, de forma que possa contribuir com pesquisas e concepções futuras de novos sistemas híbridos de HHO para veículo convencionais. A planta de eletrólise é baseada na alimentação elétrica da entrada dos eletrolisador (dispositivo responsável por separar a molécula da água em hidrogênio e oxigênio) e captação do gás produzido na saída do sistema. O controle do processo, por sua vez, é baseado no microcontrolador ESP-32, ocorrendo as ações Proporcional-Integral com a leitura da variável controlada (taxa de produção do gás HHO) através de sensor específico, com valores de vazão sendo ajustados a partir de uma ponte H controlada por Modulação por Largura de Pulso (variável manipulada), que terá a função de aumentar ou abaixar a corrente e tensão contínua de entrada do sistema.
Sistema eólico baseado em DFIG com capacidade LVRT e suporte de tensão
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2025-01-20) Romano, Igor Barbosa Medeiros; Rocha, Thiago de Oliveira Alves; http://lattes.cnpq.br/0526030044370008; Medeiros, Rodrigo Prado de; http://lattes.cnpq.br/5249613956238698; Sousa, Alan Rodrigues de; http://lattes.cnpq.br/5135345292757684
O setor de geração elétrica representa uma parcela significativa da matriz energética mundial, tornando-se preponderante na busca pelo desenvolvimento da economia de forma sustentável. A questão climática preocupa os líderes mundiais à medida que os anos passam e o fato da maior parte da energia elétrica produzida mundialmente ser oriunda de combustíveis fósseis cria uma enorme demanda para o investimento em geração elétrica baseada em Fontes Renováveis de Energia FREs. Neste contexto, a geração eólica tem tido grande destaque mundi- almente, inclusive no Brasil, cuja capacidade instalada de geração eólica está, atualmente, entre as dez maiores do mundo. Estatisticamente, áreas com alto potencial para o aproveitamento do recurso eólico estão pulverizadas ao longo dos territórios dos países, então a energia eólica é in- troduzida na rede elétrica por meio de Sistemas de Geração Distribuída (SGDs). Com o aumento significativo da geração eólica frente ao sistema elétrico dos países, tornou-se indispensável a criação de normas de operação para este tipo de SGD, as agências reguladoras de energia elétrica ao redor do mundo instituíram, portanto, códigos de rede específicos para conexão de geração eólica à rede. Um dos principais pontos abordados nos códigos de rede dos países se refere à capacidade do SGD de se manter conectado em casos de variação da tensão da rede em regime permanente, a qual é denominada de capacidade LVRT (do inglês, Low-Voltage-Ride-Through). Cada país traz em seu código de rede uma curva de LVRT que basicamente determina quanto tempo o SGD pode permanecer conectado à rede para cada faixa de desvio de tensão, em relação à tensão nominal de operação. Neste trabalho é projetado um SGD baseado em geração eólica com capacidade LVRT. O SGD utilizado consiste em um DFIG (do inglês, Double-Fed Induction Generator) conectado ao PAC via estator. O rotor é conectado ao PAC via conversor back-to- back. O back-to-back promove o controle das correntes de fase do rotor do DFIG que, devido ao acoplamento magnético entre os enrolamentos de estator e rotor, controlam as potências ativa e reativa fornecidas ao PAC via estator. Em casos de subtensão, o bloco de controle do LVRT comanda a injeção de potência reativa na rede, promovendo a elevação da tensão no PAC. No caso de sobretensões, é comandado o consumo de potência reativa da rede, obtendo como resultado a diminuição da tensão no PAC. Em um cenário de sobretensão mais elevada, onde o consumo de potência reativa não seja suficiente para causar a diminuição da tensão do PAC a patamares operacionais, o bloco de controle de LVRT comanda, ainda, a redução da potência ativa injetada na rede, forçando a tensão do PAC reduzir um pouco mais. Em circunstâncias onde o LVRT não consiga reverter a tensão do PAC para patamares operacionais, o SGD é equipado com um Breaking Chopper, este dispositivo promove a desconexão do SGD em casos de não reversão do surto elétrico, dissipando a potência ativa produzida na turbina eólica através do seu ramo resistivo. Ao final do projeto, são apresentados resultados de simulação com situações de operacionalização do SGD e do bloco de LVRT para analisar o comportamento do sistema.

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