Design and Hardware-In-The-Loop Simulation of a Virtual Synchronous Generator Associated With Harmonic Supression Methods For a Solid-State Transformer Control
Nome: VINICIUS DA LUZ
Data de publicação: 07/11/2023
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Papel |
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| DANIEL CARLETTI | Orientador |
Resumo: A rápida taxa de crescimento da geração distribuída (GD), particularmente as que utilizam a energia fotovoltaica, reduz a participação de potência ativa dos geradores síncronos (GS) em usinas de geração centralizada. As unidades de GD fotovoltaicas não possuem inércia rotacional, o que representa riscos para a estabilidade do sistema elétrico em cenários de alta penetração de GD. Para contornar esse problema, uma solução proposta na literatura e denominada virtual synchronous generator (VSG) tem como objetivo introduzir inércia virtual por meio do controle do conversor da GD associado a um sistema de armazenamento
de energia. Diante deste contexto, este trabalho teve como objetivo projetar e realizar simulações em tempo real hardware-in-the-loop (HIL) de um VSG para controlar um transformador de estado sólido (TES), proporcionando inércia virtual à rede. Além disso,
dois métodos de supressão harmônica foram implementados para manter a qualidade de energia quando cargas não lineares estão conectadas ao TES: o primeiro é denominado de impedance reshaping (IR) e o segundo linear active disturbance rejection control (LADRC). O controle dos conversores é incorporado a um processador digital de sinais (DSP, do inglês digital signal processor) da Texas Instruments, e simulações HIL são realizadas com o hardware Typhoon HIL 404 para emular o sistema composto pela rede elétrica, filtros, conversores, GD e cargas. Os sinais de tensão e corrente de entrada e saída do TES são
transmitidos do Typhoon HIL 404 para o DSP, que os processa e gera os sinais PWM que são transmitidos de volta ao Typhoon HIL 404 para acionar as chaves dos conversores. Os cenários transitórios contemplam o afundamento de tensão e queda de frequência da tensão da rede, variações de carga e da injeção de potência da DG. Os resultados mostraram que o controle do VSG com métodos de supressão harmônica proporciona inércia virtual para a rede e também reduz a distorção harmônica total (DHT) da tensão de saída. O método IR superou o LADRC na redução do DHT em comparação com o cenário sem o uso de supressão harmônica, alcançando uma redução de 50, 79% ao considerar todas as cargas conectadas ao TES e 72, 89% ao considerar apenas a carga não linear. O LADRC obteve reduções de DHT de 42, 07% e 56, 13%, respectivamente. No entanto, o LADRC proporcionou maior estabilidade na tensão de saída do TES durante o afundamento de tensão, com variações menores (0, 31% a 0, 39%) em comparação com o método IR (variações de 3, 15% a 2, 36%), resultando também em menores variações de potência. O mesmo resultado foi observado para a queda na frequência da tensão de alimentação do TES, em que a tensão de saída teve variações desprezíveis com o método LADRC, enquanto apresentou variações de 3, 94% a 5, 51% com o método IR. Nesses cenários, o
método LADRC também demonstrou variações menores na frequência da tensão.
