Abordagens para Controlo de Micro-redes - Um Caso de Estudo Simulado no DEEC

Abstract

Nos dias de hoje, assiste-se a uma cada vez maior disseminação da geração distribuída, no entanto, este tipo de geração apresenta inúmeros desafios na sua integração em larga escala nos sistema de energia elétrica. Uma forma de lidar com tais desafios é por intermédio das micro-redes, que para além de permitirem integrar grandes quantidades de geração distribuída, incluindo renováveis variáveis, permitem também exercer uma mais intensa gestão da procura. Além das micro-redes poderem operar em cooperação com a rede de energia elétrica, existe a possibilidade da operação em modo isolado, durante situações de emergência ou quando for técnica ou economicamente vantajoso. No entanto, em termos de controlo, a operação em modo isolado apresenta diversos desafios.Nesta dissertação é proposto um sistema de controlo para uma hipotética micro-rede, com foco na operação em modo isolado do Departamento de Engenharia Eletrotécnica e de Computadores da Universidade de Coimbra, desenhado principalmente para alimentar as cargas deste edifício durante situações de emergência. O edifício em estudo apresenta como recursos de energia distribuída apenas recursos de tipologia DC, geração fotovoltaica e baterias de ião de lítio. Além destes recursos, o edifício dispõe ainda de algumas cargas que podem ser controladas. O sistema de controlo proposto, opera internamente em sistema de transformação de Park (DQ) e tem por base um controlador PI com os ganhos sintonizados através do método de Ziegler-Nichols. Foram simulados diversos cenários críticos para esta micro-rede, durante os quais a resposta do sistema de controlo não comprometeu em termos de cumprimento das normas de estabilidade e qualidade de energia exigidas pela ERSE (Entidade Reguladora dos Serviços de Energia). Foi ainda analisado as dinâmicas de um sistema de gestão de energia (SGE) aplicado ao controlo do estado de carregamento das baterias e a introdução na micro-rede de uma carga controlável de 10 kW com a qual foi possível simular ações de gestão da procura.Todo o design do sistema de controlo foi concebido através do software computacional MATLAB/SIMULINK, assim como todas as simulações para a análise da resposta do sistema de controlo em situações críticas de operação.

Nowadays, there is a constant growth in distributed generation. However, this kind of generation in large scale can cause many problems in conventional power systems operation. A better way to integrate a large scale of distributed generation based on variable renewables sources is through microgrids systems. Microgrids can also integrate demand response in power systems in a wisely way.Beyond the possibility of a cooperation work between microgrid and the main grid, there is also the possibility of an isolated operation in emergency situations or when technical or economic issues demand it. However, in terms of control, the operation in isolated mode presents some challenges.The present dissertation proposes a control system for an isolated operation of a hypothetical microgrid in the Department of Electrical and Computer Engineering from the University of Coimbra, built mainly to supply loads during emergency situations. The building has only DC distributed energy resources, PV generation and a BESS system, there are also some loads that can be controlled. The internal loops of the present control system operate in Park transformation (dq reference frame) and the control system is based in an PI controller tuned by Ziegler-Nichols method.Were simulated various critical operation scenarios for this proposal microgrid, for which the control system response was always stabilized under the limits required by ERSE standards. ERSE is the entity that regulates the power quality in Portugal. It was also analyzed the dynamics of an energy management system (EMS) applied to control the state of charge of the batteries and the introduction of a 10 kW dynamic load with which it was possible to simulate demand response actions.All the work was designed in MATLAB/SIMULINK software, as well as all the simulations to test the control system response in the critical operation issues.