Submitted by Lucienne Costa (lucienneferreira@ufcg.edu.br) on 2018-04-25T18:23:50Z No. of bitstreams: 1 GERÔNIMO BARBOSA ALEXANDRE – DISSERTAÇÃO (PPGEE) 2016.pdf: 6425501 bytes, checksum: 944e1e5c2f2c2cc350f12149a5877ed1 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-25T18:23:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GERÔNIMO BARBOSA ALEXANDRE – DISSERTAÇÃO (PPGEE) 2016.pdf: 6425501 bytes, checksum: 944e1e5c2f2c2cc350f12149a5877ed1 (MD5) Previous issue date: 2016-11-28 / Este trabalho foca na proposta e validação de estratégias de controle para regulação simultânea da tensão e frequência em micro redes isoladas, compensação de harmônicos de tensão no ponto comum de acoplamento (PCC) e a cooperação de potência reativa entre os diversos inversores instalados na micro rede (MG). A técnica de controle utilizada é o Controle Droop Generalizado (GDC) modificado para atender as necessidades de projeto, manter o equilíbrio entre a geração e o consumo com resposta rápida, segura, eficiente e estável. Neste cenário, seis estratégias de controle foram propostas e validadas para diferentes cenários de testes (cargas lineares e cargas não lineares) e topologias de micro redes (1 barra, 3 barras, 5 barras, 11 barras e 14 barras) sendo elas: GDC convencional, GDC ANFIS, GDC Fuzzy, GDC Adaptativo, PI Fuzzy e GDC Cooperativo com impedância virtual. A metodologia usada consistiu nas seguintes etapas: A) revisão da literatura; B) escolha das MG’s testes (padrão IEEE); C) modelagem e simulação das partes constituintes de uma MG isolada; D) projeto das estratégias de controle usadas na operação da MG; E) Validação das estratégias de controle; F) Discussão técnica dos resultados de simulação e G) Elaboração de documentos técnicos. Diante das estratégias de controle implementadas, o controlador GDC Adaptativo foi o que apresentou melhor desempenho dinâmico em malha fechada (rápido tempo de resposta, pequenas flutuações de tensão e frequência, pouca sensibilidade às flutuações da carga e da fonte energética, tornando o controle robusto e estável). Quando assistido pelas malhas internas consegue a cooperação de potência reativa e a compensação de harmônicos diante de flutuações de potência aparente tanto no consumo como na geração. As soluções propostas para regulação simultânea de tensão e frequência em MG isoladas, compensação harmônica de tensão no PCC e compartilhamento de potência reativa entre os inversores conectados na MG mostraram-se eficientes quando avaliadas em diversos cenários testes e para diversas topologias de MG, em termos de operação estável da MG, mantendo o equilíbrio entre a geração e o consumo, respondendo de forma rápida as variações operacionais, aos distúrbios de carga e as não linearidades da MG ilhada. / This work focuses on the proposal and validation of control strategies for simultaneous regulation of voltage and frequency in isolated Microgrid, voltage harmonics compensation in the common coupling point and the reactive power of cooperation between the different inverters installed in the Microgrid (MG). The used control technique is the modified generalized Droop control to meet the design needs (energy flow operation trafficked in MG), maintaining the balance between generation and consumption with rapid, safe, efficient and stable. In this scenario, six control strategies have been proposed and validated for different scenarios tests (linear and nonlinear loads) and topologies MG (1 bar, 3 bars, 5 bars, 11 bars and 14 bars) which are: conventional GDC, ANFIS GDC, GDC Fuzzy Adaptive GDC, GDC and PI Fuzzy Cooperative with virtual impedance. The methodology used consisted of the following steps: A) literature review; B) choice of MG tests (IEEE standard); C) modeling and simulation of the constituent parts of an isolated MG; D) design of the control strategies used in the MG operation; E) Validation of control strategies; F) Technical discussion of the simulation results and G) Elaboration of technical documents. Faced with the control strategies implemented, the GDC Adaptive controller showed the best dynamic performance in closed loop (fast response time, small fluctuations of voltage and frequency, low sensitivity to fluctuations in load and energy source, making the control robustness and stable). When assisted by internal loops, it achieves reactive power cooperation and harmonic compensation in the face of apparent power fluctuations in both consumption and generation. The proposed solutions for simultaneous regulation of voltage and frequency in isolated MG, harmonic voltage compensation in the PCC and reactive power sharing between the connected inverters in the MG were efficient when evaluated in several test scenarios and for several MG topologies in terms of stable MG operation, maintaining the balance between generation and consumption, responding quickly to the operational variations, load disturbances and nonlinearities of the islanded MG.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This doctoral thesis deals with the study, analysis and development of a new hybrid topology for voltage regulation of stand-alone microgeneration systems employing self-excited induction generators. The hybrid topology proposed considers a three-phase four-wire system and employs a distribution static synchronous compensator (DSTATCOM) in combination with banks of switchable capacitors (BCC) to perform the regulation of the terminal voltages of the induction generator. As a result of using the proposed topology, it is expected the regulation of the amplitude of the terminal voltages of the induction generator, with effective reduction of the power processed by DSTATCOM, regardless of the characteristic of the applied load. Therefore, it is considered the compensation of reactive currents of the system in terms of phase, amplitude and shape, performed by a suitable control system. The control structure applied to control the DSTATCOM and the switching of BCC ensures the regulation of voltages with low harmonic distortion (THD) and reduced distortion factor among voltages, in addition to keeping the generator currents sinusoidal and balanced. This thesis also investigates two distinct forms of frequency control using the electronic load control: (i) auxiliary load controlled by chopper element connected to the DC bus DSTATCOM and (ii) auxiliary load controlled by chopper element connected to the AC bus system through non-controlled three-phase rectifier. Simulation and experimental results are presented to validate and demonstrate the suitable performance of the proposed hybrid topology in the regulation of voltages and system frequency. The system is tested by load transient including three-phase and single-phase loads, linear and non-linear loads, resistive and reactive loads. / Esta tese de doutorado trata do estudo, análise e desenvolvimento de uma nova topologia híbrida de regulação das tensões de sistemas isolados de microgeração empregando geradores de indução auto-excitados. A topologia híbrida proposta considera um sistema trifásico a quatro fios e emprega um compensador síncrono estático de distribuição (DSTATCOM) em associação a bancos de capacitores comutáveis (BCC) para efetuar a regulação das tensões terminais do gerador de indução. Como resultado da utilização da topologia proposta, espera-se a regulação da amplitude das tensões terminais do gerador, com efetiva redução da potência processada pelo DSTATCOM, independentemente da característica da carga aplicada. Considera-se, portanto, a compensação de correntes reativas do sistema em termos de fase, amplitude e forma, realizada a partir de sistema de controle adequado. A estrutura de controle aplicada ao controle do DSTATCOM e à comutação dos BCC, garante a regulação das tensões com reduzida taxa de distorção harmônica (THD) e reduzido fator de desequilíbrio de tensão (FD), além de manter as correntes do gerador senoidais e balanceadas. Neste trabalho também são investigadas duas formas distintas de controle de frequência a partir do controle eletrônico de carga: (i) carga auxiliar controlada por elemento chopper conectada ao barramento CC do DSTATCOM e (ii) carga auxiliar controlada por elemento chopper conectada ao barramento CA do sistema através de retificador trifásico não-controlado. Resultados de simulação e resultados experimentais são apresentados para validar e demonstrar o bom desempenho da topologia híbrida proposta na regulação das tensões e frequência do sistema. O sistema é testado mediante transitórios de cargas trifásicas e monofásicas, lineares e não-lineares, resistivas e reativas.