Metodologias de controle de tensão com justiça de corte da geração fotovoltaica em redes de distribuição de baixa tensão
The growing concern about climate change and global warming have motivated the current Energy Transition, which concerns the shift from fossil fuels to renewables energy sources (RES) in an effort to reduce CO2 emissions. This energy transition has driven the electrification of the economy, foster...
| Autor principal: | LOPES, Andrey da Costa |
|---|---|
| Grau: | Tese |
| Idioma: | por |
| Publicado em: |
Universidade Federal do Pará
2024
|
| Assuntos: | |
| Acesso em linha: |
https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/16606 |
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ir-2011-16606 |
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ir-2011-166062025-03-18T18:43:51Z Metodologias de controle de tensão com justiça de corte da geração fotovoltaica em redes de distribuição de baixa tensão LOPES, Andrey da Costa VIEIRA, João Paulo Abreu http://lattes.cnpq.br/8188999223769913 Inversor inteligente Justiça de corte Controle volt-watt Microgeração fotovoltaica Sobretensão Smart inverter Photovoltaic microgeneration Overvoltage CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA FONTES RENOVÁVEIS SISTEMAS DE ENERGIA ELÉTRICA The growing concern about climate change and global warming have motivated the current Energy Transition, which concerns the shift from fossil fuels to renewables energy sources (RES) in an effort to reduce CO2 emissions. This energy transition has driven the electrification of the economy, fostering significant growth in RES, particularly in photovoltaic solar energy. In this context, the decentralization of the electric sector has enabled the direct integration of these sources into Low Voltage Distribution Networks (LVDNs). However, the massive integration of Micro Photovoltaic Solar Generation (µPVSG) into these networks has caused reverse power flow, resulting in technical challenges such as overvoltage and thermal overload in their assets. Solutions, such as Volt-Watt Control (VWC) in Photovoltaic Inverters (PVIs), have proven effective in addressing voltagerelated issues. However, this control has led to an unfair distribution of active power among the PVIs during VWC operation, penalizing consumers located further from the distribution transformer. Additionally, stability issues related to the convergence in the dynamics of VWC, due to the slope of the Volt-Watt curve, have been considered in various studies. Therefore, this study presents a new methodology for adjusting Volt-Watt curves, ensuring the stability of VWC and simultaneously ensuring a fair power cut among PVIs. This approach is applied in two voltage control architectures, decentralized and centralized, respectively. In the first methodology, a linearized model of the network is used for Volt-Watt curve adjustment, employing local measurements at the connection points of the respective PVIs. In the second methodology, a voltage sensitivity matrix is used for the linearized model of the network when applying the Volt-Watt curve adjustment, where VWC parameters are coordinated in real-time, assisted by local measurements in the respective PVIs. The studies were conducted on a set of LVDNs and evaluated for effectiveness and fairness of power cuts quantitatively, using the Jain’s Fairness Index (JFI) as a metric. The results confirmed the effectiveness of the proposed control in mitigating voltage problems, acting fairly by equally exporting surplus energy to the grid, while ensuring controller stability. Additionally, penalties arising from the local dependence of PVIs in power cuts were eliminated compared to conventional VWC strategies. A crescente preocupação com as mudanças climáticas e o aquecimento global têm motivado a atual transição energética, que diz respeito à mudança de combustíveis fósseis para fontes de energia renováveis (FER), num esforço para reduzir as emissões de CO2. Esta transição energética tem impulsionado a eletrificação da economia, promovendo crescimento expressivo de FER, com destaque para energia solar fotovoltaica. Nesse contexto, a descentralização do setor elétrico tem possibilitado a integração direta dessas fontes às Redes de Distribuição de Baixa Tensão (RDBTs). Contudo, a integração massiva de Micro Geração Solar Fotovoltaica (µGFV) nessas redes tem causado fluxo de potência reverso, resultando em desafios técnicos como sobretensão e sobrecarga térmica nos ativos das mesmas. Soluções, como o Controle Volt-Watt (CVW) em Inversores Fotovoltaicos (IFVs), têm se mostrado eficazes para lidar com problemas de tensão. No entanto, tal controle tem levado a um corte desigual (injusto) de potência ativa entre os IFVs, durante a atuação do CVW, penalizando por vezes os consumidores mais distantes do transformador de distribuição. Além disso, questões de estabilidade relacionadas à convergência na dinâmica do CVW, devido à inclinação da curva Volt-Watt, têm sido consideradas em diversos estudos. Portanto, este trabalho apresenta uma nova metodologia de ajuste de curvas Volt-Watt, garantindo a estabilidade do CVW e, simultaneamente, assegurando um corte justo entre os IFVs. Essa abordagem é aplicada em duas arquiteturas de controle de tensão, descentralizada e centralizada, respectivamente. Na primeira metodologia utiliza-se um modelo linearizado da rede para o ajuste de curvas Volt-Watt, utilizando medição local nos pontos de conexão dos respectivos IFVs. Já na segunda metodologia, utiliza-se uma matriz de sensibilidade de tensão para o modelo linearizado da rede ao aplicar o ajuste de curvas Volt-Watt, em que os parâmetros dos CVW são coordenados em tempo real, auxiliado por medições locais nos respectivos IFVs. Os estudos foram conduzidos em um conjunto de RDBTs e avaliadas quanto à efetividade e justiça dos cortes de potência de forma quantitativa, utilizando o Índice de Equidade de Jain, do inglês, Jain’s Fairness Index (JFI) como métrica. Os resultados confirmaram a efetividade do controle proposto em mitigar problemas de tensão, atuando de maneira justa ao exportar igualmente o excedente de energia para a rede, ao mesmo tempo em que assegura a estabilidade do controlador. Além disso, as penalidades decorrentes da dependência local dos IFVs nos cortes foram eliminadas em comparação às estratégias convencionais de CVW. UFAP - Universidade Federal do Amapá 2024-11-06T17:52:53Z 2024-11-06T17:52:53Z 2024-01-31 Tese LOPES, Andrey da Costa. Metodologias de controle de tensão com justiça de corte da geração fotovoltaica em redes de distribuição de baixa tensão. Orientador: João Paulo Abreu Vieira. 2024. 110 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Instituto de Tecnologia, Universidade Federal do Pará, Belém, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/16606. Acesso em:. https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/16606 por Acesso Aberto Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ application/pdf Universidade Federal do Pará Brasil Instituto de Tecnologia UFPA Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica Disponível na internet via correio eletrônico: bibliotecaitec@ufpa.br |
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Repositório Institucional - Universidade Federal do Pará |
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solar energy. In this context, the decentralization of the electric sector has enabled the
direct integration of these sources into Low Voltage Distribution Networks (LVDNs).
However, the massive integration of Micro Photovoltaic Solar Generation (µPVSG) into
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(VWC) in Photovoltaic Inverters (PVIs), have proven effective in addressing voltagerelated issues. However, this control has led to an unfair distribution of active power
among the PVIs during VWC operation, penalizing consumers located further from the
distribution transformer. Additionally, stability issues related to the convergence in the
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various studies. Therefore, this study presents a new methodology for adjusting Volt-Watt
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PVIs. This approach is applied in two voltage control architectures, decentralized and
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