Reduced-order simulation models for ES-STATCOM based on modular multilevel converters

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Amorim, William Caires Silva
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Instituição de defesa: Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei; Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica; Brasil; CEFET-MG / UFSJ
• Palavras-chave em Português: Conversores de corrente elétrica; Programação modular; Energia armazenamento; Sincronização; Conversores de frequências; Reguladores de voltagem; Simulações computacionais
• Link de acesso: https://repositorio.cefetmg.br/handle/123456789/362

Devido à crescente integração de energias renováveis, os sistemas elétricos de potência podem tornar-se mais suscetíveis a desequilíbrios de tensão da rede, distúrbios de frequência, ressonâncias harmônicas, entre outros. Desta forma, diversos trabalhos apontam que os serviços auxiliares fornecidos pelos sistemas de armazenamento de energia podem minimizar esses problemas. A combinação do armazenamento de energia por baterias eletroquímicas e de compensadores síncronos estáticos (STATCOMs, do inglês Static Synchronous Compensator) figura como uma das propostas para reduzir o custo destes sistemas. Os conversores modulares multiníveis são apresentados como uma boa solução para a realização de sistemas de armazenamento de energia e de STATCOM, devido à sua alta eficiência, modularidade, qualidade da tensão de saída, entre outros. No entanto, existe uma elevada complexidade no estudo da integração de sistemas de armazenamento de energia e de STATCOMs baseado em conversores modulares multiníveis, aplicados a um sistema elétrico de potência. Esta complexidade é devido à presença de conversores eletrônicos de potência, sistema de transmissão, fontes renováveis, transformadores, entre outros, que acarretam em um alto esforço computacional para simulação. Neste sentido, este trabalho apresenta o projeto detalhado de um conversor modular multinível e a implementação de três modelos computacionais de simulação de ordem reduzida. Os modelos computacionais representam conversores modulares multiníveis aplicados em sistemas de armazenamento de energia agregado a um STATCOM, denominado ES-STATCOM (do inglês Energy Storage System - Static Synchronous Compensator). O desempenho destes modelos é comparado em três estudos de casos: análise do processo de carga e descarga do sistema de armazenamento, estudo de suporte de frequência e, finalmente, de suporte de tensão, considerando um conversor modular multinível de 100 MVA conectado a uma rede elétrica de 33 kV. Os resultados revelaram uma alta similaridade do comportamento dinâmico de variáveis como potência ativa, potência reativa, corrente circulante e corrente da rede, entre os modelos de simulação de ordem reduzida. Além disso, os modelos foram comparados em termos da figura de mérito de erro absoluto integral normalizado e do tempo total de processamento, revelando um baixo erro entre os modelos de ordem reduzida, além de uma redução entre 50% a 70% do tempo de processamento total.