Recentemente, muitas mudanças vêm ocorrendo na forma como a energia elétrica é gerada e distribuída, criando com isso oportunidades de utilizar os recursos disponíveis in loco de forma mais eficiente, atuando juntamente com sistemas centralizados convencionais, para o atendimento das necessidades energéticas. Neste contexto, as minirredes de energia são consideradas pontos chaves para melhorar a confiabilidade e a qualidade da energia, aumentar a eficiência do sistema elétrico como um todo, viabilizar aos consumidores finais a possibilidade de uma certa independência da rede e uma participação mais ativa no mercado de energia elétrica. No entanto, a aplicação de tais topologias ainda não superou todas as barreiras para que todos os benefícios possam ser apreciados. Há ainda perguntas a serem respondidas sobre como lidar com as especificidades e os aspectos operacionais de minirredes, tanto em operação normal quanto em operação anômala, que são fundamentais para a sustentabilidade de longo prazo dos sistemas. Este trabalho discute aspectos relacionados à operação de minirredes, tanto em sistemas isolados quanto em sistemas conectados à rede da concessionária. No caso de sistemas isolados, a abordagem leva em consideração os riscos associados aos projetos voltados para eletrificação rural e discute questões não restritas ao projeto inicial, mas também à operação destes tipos de sistemas. No caso de sistemas conectados, são discutidas tendências relacionadas às topologias de utilização destes sistemas para operação conjunta com a rede elétrica. Um algoritmo para controle de minirredes em diferentes níveis hierárquicos é proposto. Este algoritmo serve como base para o controle da plataforma de interação de agentes distribuídos, montada no Laboratório de Sistemas Fotovoltaicos da Universidade de São Paulo para testes em equipamentos reais e para a formação de recursos humanos. / Recently, many changes are taking place in the way energy is generated and distributed, thus creating opportunities to utilize the resources available on site more efficiently, working along with conventional centralized systems, to meet energy needs. In this context, mini-grids are considered key points to improve the reliability and power quality, increase the efficiency of the electric system as a whole, enable end consumers to have a certain independence from the grid and a more active participation in the electricity market. However, the application of such topologies has not yet overcome all barriers so that all their benefits can be appreciated. There are still questions to be answered on how to deal with the specificities and operational aspects of micro-grids in both normal and anomalous operation, which are fundamental to the long-term sustainability of power systems. This work discusses aspects related to micro-grids in both isolated and grid-connected operation modes. In the case of isolated systems, the approach takes into account the risks associated with rural electrification projects and discusses issues not restricted to the design, but also to the operation of these types of systems. In the case of grid-connected systems, trends related to the topologies to be used for joint operation with the power grid are discussed. An algorithm to control micro-grids at different hierarchical levels is proposed. This algorithm serves as a basis for the control of the platform for the interaction of distributed agents assembled at the Laboratório de Sistemas Fotovoltaicos of the Universidade de São Paulo to be used for tests on real equipment and for capacity building.

Recentemente, muitas mudanças vêm ocorrendo na forma como a energia elétrica é gerada e distribuída, criando com isso oportunidades de utilizar os recursos disponíveis in loco de forma mais eficiente, atuando juntamente com sistemas centralizados convencionais, para o atendimento das necessidades energéticas. Neste contexto, as minirredes de energia são consideradas pontos chaves para melhorar a confiabilidade e a qualidade da energia, aumentar a eficiência do sistema elétrico como um todo, viabilizar aos consumidores finais a possibilidade de uma certa independência da rede e uma participação mais ativa no mercado de energia elétrica. No entanto, a aplicação de tais topologias ainda não superou todas as barreiras para que todos os benefícios possam ser apreciados. Há ainda perguntas a serem respondidas sobre como lidar com as especificidades e os aspectos operacionais de minirredes, tanto em operação normal quanto em operação anômala, que são fundamentais para a sustentabilidade de longo prazo dos sistemas. Este trabalho discute aspectos relacionados à operação de minirredes, tanto em sistemas isolados quanto em sistemas conectados à rede da concessionária. No caso de sistemas isolados, a abordagem leva em consideração os riscos associados aos projetos voltados para eletrificação rural e discute questões não restritas ao projeto inicial, mas também à operação destes tipos de sistemas. No caso de sistemas conectados, são discutidas tendências relacionadas às topologias de utilização destes sistemas para operação conjunta com a rede elétrica. Um algoritmo para controle de minirredes em diferentes níveis hierárquicos é proposto. Este algoritmo serve como base para o controle da plataforma de interação de agentes distribuídos, montada no Laboratório de Sistemas Fotovoltaicos da Universidade de São Paulo para testes em equipamentos reais e para a formação de recursos humanos. / Recently, many changes are taking place in the way energy is generated and distributed, thus creating opportunities to utilize the resources available on site more efficiently, working along with conventional centralized systems, to meet energy needs. In this context, mini-grids are considered key points to improve the reliability and power quality, increase the efficiency of the electric system as a whole, enable end consumers to have a certain independence from the grid and a more active participation in the electricity market. However, the application of such topologies has not yet overcome all barriers so that all their benefits can be appreciated. There are still questions to be answered on how to deal with the specificities and operational aspects of micro-grids in both normal and anomalous operation, which are fundamental to the long-term sustainability of power systems. This work discusses aspects related to micro-grids in both isolated and grid-connected operation modes. In the case of isolated systems, the approach takes into account the risks associated with rural electrification projects and discusses issues not restricted to the design, but also to the operation of these types of systems. In the case of grid-connected systems, trends related to the topologies to be used for joint operation with the power grid are discussed. An algorithm to control micro-grids at different hierarchical levels is proposed. This algorithm serves as a basis for the control of the platform for the interaction of distributed agents assembled at the Laboratório de Sistemas Fotovoltaicos of the Universidade de São Paulo to be used for tests on real equipment and for capacity building.

Este trabalho apresenta o processo de ampliação da infraestrutura laboratorial de minirredes e sistemas híbridos do Laboratório de Sistemas Fotovoltaicos do Instituto de Energia e Ambiente da Universidade de São Paulo, (LSF-IEE/USP). O trabalho também contempla uma revisão do estado da arte de sistemas híbridos e minirredes, apresentando principalmente os aspectos técnicos, como formas de acoplamento, e interações com a rede elétrica de distribuição. Descrevem-se os sistemas híbridos presentes no LSF e a infraestrutura para sua interconexão. Posteriormente são realizados os processos de comissionamento e testes operacionais da interconexão dos sistemas híbridos entre si e com a rede elétrica. Ao final é proposto um curso de aperfeiçoamento em minirredes e sistemas híbridos utilizando a infraestrutura presente no LSF. / This work presents the expansion of the micro-grid and hybrid systems infrastructure at the Laboratory of Photovoltaic Systems of the Institute of Energy and Environment at the University of São Paulo (LSF-IEE / USP). The work also presents a review of the state of the art of hybrid systems and micro-grid, presenting mainly the technical aspects, such as types of system interconnections and interactions with the main grid. The hybrid systems existent in the LSF, as well as the infrastructure for their interconnection are described. Subsequently, the commissioning process and the operational tests with the interconnection of the hybrid systems with each other and with the main grid are performed. At the end, a capacity building course on micro-grids and hybrid systems using the existent infrastructure in the LSF is proposed.

Este trabalho apresenta o processo de ampliação da infraestrutura laboratorial de minirredes e sistemas híbridos do Laboratório de Sistemas Fotovoltaicos do Instituto de Energia e Ambiente da Universidade de São Paulo, (LSF-IEE/USP). O trabalho também contempla uma revisão do estado da arte de sistemas híbridos e minirredes, apresentando principalmente os aspectos técnicos, como formas de acoplamento, e interações com a rede elétrica de distribuição. Descrevem-se os sistemas híbridos presentes no LSF e a infraestrutura para sua interconexão. Posteriormente são realizados os processos de comissionamento e testes operacionais da interconexão dos sistemas híbridos entre si e com a rede elétrica. Ao final é proposto um curso de aperfeiçoamento em minirredes e sistemas híbridos utilizando a infraestrutura presente no LSF. / This work presents the expansion of the micro-grid and hybrid systems infrastructure at the Laboratory of Photovoltaic Systems of the Institute of Energy and Environment at the University of São Paulo (LSF-IEE / USP). The work also presents a review of the state of the art of hybrid systems and micro-grid, presenting mainly the technical aspects, such as types of system interconnections and interactions with the main grid. The hybrid systems existent in the LSF, as well as the infrastructure for their interconnection are described. Subsequently, the commissioning process and the operational tests with the interconnection of the hybrid systems with each other and with the main grid are performed. At the end, a capacity building course on micro-grids and hybrid systems using the existent infrastructure in the LSF is proposed.

Made available in DSpace on 2016-08-17T14:53:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Felipe Simoes Freitas e Silva.pdf: 5795737 bytes, checksum: dc589a2115d1b568db1a3c2b9de3f80c (MD5) Previous issue date: 2014-04-25 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This work presents the study, modelling and assembling of a three-phase bidirectional DCAC converter suitable for operating as an interface between an energy storage system based on a battery bank and an isolated microgrid. The converter consists of two stages: a DC-DC stage implemented with a bidirectional half-bridge converter that operates on buck or boost mode (during charge or discharge of the ESS, respectively), and a DC-AC full-bridge three-phase bidirectional inverter. The two stages are connected through a DC link, which also works as a power-decoupling element. Isolation from the microgrid is obtained with a :-Y low frequency transformer. A control strategy is proposed where the DC-DC stage regulates the DC link voltage level while the DC-AC controls the three-phase output voltage and frequency, therefore acting as a grid-forming converter (GFC). A 15kW prototype was successfully built and tested in different situations. Simulation and experimental results are shown. / Esta dissertação apresenta o estudo, modelagem e montagem de um conversor bidirecional CC-CA trifásico de múltiplos estágios, projetado para operar como interface entre um sistema de armazenamento e uma minirrede isolada. O conversor consiste de dois estágios de conversão: um estágio de conversão CC-CC, implementado com um conversor buck-boost de meia ponte, que opera em modo buck ou boost (durante o carga ou descarga do sistema de armazenamento, respectivamente), e um estágio de conversão CC-CA composto por um conversor CC-CA trifásico. Os dois estágios são conectados por um elo CC, que funciona como um elemento de desacoplamento de potência. Isolação galvânica é obtida através de um transformador de baixa frequência. Uma estratégia de controle é utilizada na qual o estágio CC-CC controla a tensão do elo CC enquanto o estágio CC-CA controla a tensão e a frequência da minirrede, atuando, portanto, como um conversor formador de rede (CFR). Um protótipo foi montado e testado em diferentes situações. Resultados de simulação e de testes de bancada são mostrados.

Este trabalho utiliza a experiência do Laboratório de Sistemas Fotovoltaicos do Instituto de Energia e Ambiente da Universidade de São Paulo (LSF-IEE-USP) para propor meios efetivos para qualificação de recursos humanos, dentro de laboratórios com qualidade reconhecida, com o intuito de aumentar a quantidade de especialistas na área. Para tanto, foi criado um local, na forma de laboratório, denominado Unidade de Capacitação Tecnológica, composto por sistemas fotovoltaicos isolados e conectados à rede e por duas minirredes híbridas de geração de energia (solar, diesel e rede elétrica), com sistemas de monitoramento próprios, que permitem a avaliação de diferentes estratégias de operação de sistemas fotovoltaicos. Tal Unidade foi concebida sob uma perspectiva didática, para possibilitar a apropriação das habilidades técnicas e conhecimentos tecnológicos necessários para: a) atuar nas diversas ocupações demandadas pelo setor (instaladores, projetistas e engenheiros); b) desenvolver pesquisas na área (especializações, mestrados e doutorados); e c) prestar suporte para iniciativas interessadas na aplicação da tecnologia fotovoltaica (ensaios, consultorias e treinamentos). A apresentação da Unidade conta com a descrição dos materiais, ferramentas, instrumentos e procedimentos utilizados para a acreditação dos laboratórios que a compõem, permitindo demonstrar a confiabilidade, credibilidade e universalidade de seus processos, especialmente no que se refere à realização de ensaios de conformidade em equipamentos fotovoltaicos. O trabalho também investiga iniciativas de capacitação que estão sendo realizadas em outras universidades, escolas técnicas e iniciativa privada, para compreender o perfil dos profissionais atuantes no mercado. A ideia é demonstrar o quanto é fundamental a criação de uma forma de certificação ou uma política instrutiva para a capacitação dos profissionais de sistemas fotovoltaicos, de forma a promover as boas práticas e inibir aquelas que comprometam a credibilidade da tecnologia. Esta tese demonstra que laboratórios capacitados, como a Unidade descrita neste trabalho, apresentam os elementos necessários para produção e divulgação de conhecimentos, desenvolvimento de produtos, prestação de serviços e treinamento de profissionais requeridos para a expansão do setor, podendo colaborar para a consolidação da energia fotovoltaica como uma alternativa eficaz e confiável no cenário energético brasileiro. / This work uses the experience of the Photovoltaic Systems Laboratory of the Institute for Energy and Environment of the University of São Paulo (LSF-IEE-USP) to propose effective ways for the qualification of human resources within laboratories with recognized quality, in order to increase the amount of experts. Thus, a site was created in the form of laboratory, named Technology Skills Unit, composed of individual photovoltaic systems and two hybrid power systems (solar, diesel and power grid), with monitoring systems that allows evaluation of different operating of photovoltaic systems. This unit is designed in a didactic perspective to enable the appropriation of technical skills and technological knowledge necessary for: a) act in different occupations demanded by the sector (installers, designers and engineers), b) develop research in the area and c) provide support for initiatives interested in the application of photovoltaic technology. The presentation of the Unit has the description of the materials, tools, instruments and procedures for the accreditation of laboratories that comprise it, allowing demonstrate the reliability, credibility and universality of its processes, especially with regard to the testing of conformity in photovoltaic equipment. This study also investigates training initiatives being undertaken at other universities, technical schools, and private initiative to understand the profile of the professionals working in the market. The idea is to demonstrate how essential is the creation of a form of certification or an instructive policy for the professional of photovoltaic in order to promote good practice and inhibit those that undermine the credibility of technology. This thesis demonstrates that trained laboratory personnel with the structure proposed in this paper and accredited as is described, presents the necessary elements for the dissemination of technical and scientific knowledge required to qualify professionals specializing in photovoltaic applications, and may contribute to the consolidation of photovoltaic solar energy as effective and reliable alternative to the energy scenario that is imposed in Brazil today.

Este trabalho utiliza a experiência do Laboratório de Sistemas Fotovoltaicos do Instituto de Energia e Ambiente da Universidade de São Paulo (LSF-IEE-USP) para propor meios efetivos para qualificação de recursos humanos, dentro de laboratórios com qualidade reconhecida, com o intuito de aumentar a quantidade de especialistas na área. Para tanto, foi criado um local, na forma de laboratório, denominado Unidade de Capacitação Tecnológica, composto por sistemas fotovoltaicos isolados e conectados à rede e por duas minirredes híbridas de geração de energia (solar, diesel e rede elétrica), com sistemas de monitoramento próprios, que permitem a avaliação de diferentes estratégias de operação de sistemas fotovoltaicos. Tal Unidade foi concebida sob uma perspectiva didática, para possibilitar a apropriação das habilidades técnicas e conhecimentos tecnológicos necessários para: a) atuar nas diversas ocupações demandadas pelo setor (instaladores, projetistas e engenheiros); b) desenvolver pesquisas na área (especializações, mestrados e doutorados); e c) prestar suporte para iniciativas interessadas na aplicação da tecnologia fotovoltaica (ensaios, consultorias e treinamentos). A apresentação da Unidade conta com a descrição dos materiais, ferramentas, instrumentos e procedimentos utilizados para a acreditação dos laboratórios que a compõem, permitindo demonstrar a confiabilidade, credibilidade e universalidade de seus processos, especialmente no que se refere à realização de ensaios de conformidade em equipamentos fotovoltaicos. O trabalho também investiga iniciativas de capacitação que estão sendo realizadas em outras universidades, escolas técnicas e iniciativa privada, para compreender o perfil dos profissionais atuantes no mercado. A ideia é demonstrar o quanto é fundamental a criação de uma forma de certificação ou uma política instrutiva para a capacitação dos profissionais de sistemas fotovoltaicos, de forma a promover as boas práticas e inibir aquelas que comprometam a credibilidade da tecnologia. Esta tese demonstra que laboratórios capacitados, como a Unidade descrita neste trabalho, apresentam os elementos necessários para produção e divulgação de conhecimentos, desenvolvimento de produtos, prestação de serviços e treinamento de profissionais requeridos para a expansão do setor, podendo colaborar para a consolidação da energia fotovoltaica como uma alternativa eficaz e confiável no cenário energético brasileiro. / This work uses the experience of the Photovoltaic Systems Laboratory of the Institute for Energy and Environment of the University of São Paulo (LSF-IEE-USP) to propose effective ways for the qualification of human resources within laboratories with recognized quality, in order to increase the amount of experts. Thus, a site was created in the form of laboratory, named Technology Skills Unit, composed of individual photovoltaic systems and two hybrid power systems (solar, diesel and power grid), with monitoring systems that allows evaluation of different operating of photovoltaic systems. This unit is designed in a didactic perspective to enable the appropriation of technical skills and technological knowledge necessary for: a) act in different occupations demanded by the sector (installers, designers and engineers), b) develop research in the area and c) provide support for initiatives interested in the application of photovoltaic technology. The presentation of the Unit has the description of the materials, tools, instruments and procedures for the accreditation of laboratories that comprise it, allowing demonstrate the reliability, credibility and universality of its processes, especially with regard to the testing of conformity in photovoltaic equipment. This study also investigates training initiatives being undertaken at other universities, technical schools, and private initiative to understand the profile of the professionals working in the market. The idea is to demonstrate how essential is the creation of a form of certification or an instructive policy for the professional of photovoltaic in order to promote good practice and inhibit those that undermine the credibility of technology. This thesis demonstrates that trained laboratory personnel with the structure proposed in this paper and accredited as is described, presents the necessary elements for the dissemination of technical and scientific knowledge required to qualify professionals specializing in photovoltaic applications, and may contribute to the consolidation of photovoltaic solar energy as effective and reliable alternative to the energy scenario that is imposed in Brazil today.