Estudos e contribuições para um gerador síncrono virtual com filtragem harmônica
| Ano de defesa: | 2022 |
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| Tipo de documento: | Tese |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | por |
| Instituição de defesa: |
Universidade Federal do Espírito Santo
Doutorado em Engenharia Elétrica |
| Programa de Pós-Graduação: |
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
|
| Departamento: |
Centro Tecnológico
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| País: |
BR
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| Palavras-chave em Português: | |
| Área do conhecimento CNPq: | |
| Link de acesso: | http://repositorio.ufes.br/handle/10/16434 |
Resumo: | The high penetration of distributed generation units can decrease significantly the electrical system’s total rotational inertia and, consequently, deteriorate the system stability. In addition to this problem, the growing application of power electronics-based devices can introduce harmonic currents and voltages into the system and deteriorate the system’s power quality. This work proposes the study of inverter controls with synthetic inertia and harmonic compensation features. The virtual synchronous generator (VSG) controller determines the current reference at the fundamental component, which provides synthetic inertia to the inverter that contributes to the system stability, and the active filter controller calculates the reference harmonic currents to mitigate the harmonic currents and voltages in a power system. Thus, the combination of these two controls allows a single inverter to contribute to frequency stability and improve the power quality of an electrical system. The VSG model and harmonic detection strategies based on p-q Theory and linear Fourier combiners (FLC) are studied and, from these studies, controllers of an inverter that combine the VSG control and the harmonic detection strategy are proposed. Among the proposed combinations, the controller that combines VSG control with harmonic detection based on FLC with adaptive gain applied to an electrical system is the main contribution of this work. To verify the control strategies proposed in this work, simulations were carried out in software and experimental tests in software-in-the-loop platforms. From the results obtained in the simulations, it can be proved that the combination of the control of the virtual synchronous generator with the harmonic detection can simultaneously contribute to the stability of frequency and improve the power quality of the electrical system. |
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Encarnação, Lucas Frizerahttps://orcid.org/0000000261627697http://lattes.cnpq.br/5578918284508758Amorim, Thiago Silvahttps://orcid.org/0000-0003-2900-0381http://lattes.cnpq.br/3987392471625129Simonetti, Domingos Savio Lyriohttps://orcid.org/0000000159202932http://lattes.cnpq.br/1107005171102255Antunes, Helio Marcos Andrehttps://orcid.org/0000000182476448http://lattes.cnpq.br/7601860538588447França, Bruno Wanderleyhttps://orcid.org/0000-0003-0788-7997http://lattes.cnpq.br/5494341406864446Camargo, Renner Sartóriohttp://lattes.cnpq.br/35392977081187262024-05-30T01:41:00Z2024-05-30T01:41:00Z2022-09-23The high penetration of distributed generation units can decrease significantly the electrical system’s total rotational inertia and, consequently, deteriorate the system stability. In addition to this problem, the growing application of power electronics-based devices can introduce harmonic currents and voltages into the system and deteriorate the system’s power quality. This work proposes the study of inverter controls with synthetic inertia and harmonic compensation features. The virtual synchronous generator (VSG) controller determines the current reference at the fundamental component, which provides synthetic inertia to the inverter that contributes to the system stability, and the active filter controller calculates the reference harmonic currents to mitigate the harmonic currents and voltages in a power system. Thus, the combination of these two controls allows a single inverter to contribute to frequency stability and improve the power quality of an electrical system. The VSG model and harmonic detection strategies based on p-q Theory and linear Fourier combiners (FLC) are studied and, from these studies, controllers of an inverter that combine the VSG control and the harmonic detection strategy are proposed. Among the proposed combinations, the controller that combines VSG control with harmonic detection based on FLC with adaptive gain applied to an electrical system is the main contribution of this work. To verify the control strategies proposed in this work, simulations were carried out in software and experimental tests in software-in-the-loop platforms. From the results obtained in the simulations, it can be proved that the combination of the control of the virtual synchronous generator with the harmonic detection can simultaneously contribute to the stability of frequency and improve the power quality of the electrical system.Com o aumento da penetração das unidades de geração distribuída no sistema elétrico, a redução da inércia rotacional total do sistema elétrico pode levar a deterioração da estabilidade do sistema elétrico. Além deste problema, a proliferação crescente de dispositivos baseados em eletrônica de potência pode introduzir correntes e tensões harmônicas no sistema e deteriorar a qualidade de energia elétrica do mesmo. Este trabalho propõe o estudo de controles de inversor que simultaneamente possuem inércia sintética e compensam correntes e tensões harmônicas de um sistema elétrico. O controle do gerador síncrono virtual (VSG) é responsável pelo cálculo da corrente na frequência fundamental de referência que contribui para a estabilidade de frequência do sistema, enquanto o controle de detecção harmônica calcula as correntes harmônicas de referência necessárias a fim de mitigar as correntes e tensões harmônicas presentes no sistema elétrico. Assim, a combinação destes dois controles permite que um único inversor contribua para a estabilidade de frequência e melhore a qualidade de energia de um sistema elétrico. O modelo do VSG e as estratégias de detecção harmônicas baseadas na Teoria p-q e nos combinadores lineares de Fourier (FLC) são estudados e, a partir destes estudos, são propostos controladores de um inversor que combinam o controle VSG e a estratégia de detecção harmônica. Dentre as combinações propostas, o controlador que combina o controle VSG com a detecção harmônica baseada em FLC com ganho adaptativo aplicado em um sistema elétrico é a principal contribuição deste trabalho. A fim de verificar estratégias de controle propostas neste trabalho, foram realizadas simulações em softwares e ensaios experimentais em plataformas software-in-the-loop. A partir dos resultados obtidos nas simulações, pode-se comprovar que a combinação do controle do gerador síncrono virtual com a detecção harmônica pode simultaneamente contribuir para a estabilidade de frequência e melhorar a qualidade de energia elétrica do sistema elétrico.Fundação de Amparo à Pesquisa do Espírito Santo (FAPES)Texthttp://repositorio.ufes.br/handle/10/16434porUniversidade Federal do Espírito SantoDoutorado em Engenharia ElétricaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUFESBRCentro Tecnológicosubject.br-rjbnEngenharia ElétricaCompensação de harmônicosFiltros ativos de potênciaInércia sintéticaEstudos e contribuições para um gerador síncrono virtual com filtragem harmônicainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes)instname:Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)instacron:UFESORIGINALTHIAGO SILVA AMORIM.pdfapplication/pdf6259949http://repositorio.ufes.br/bitstreams/a354e5ce-6967-4d6c-9ae2-4cf77edc2902/download8ff3ff4a7cc445a92f3d9198ccf5ef86MD5110/164342025-08-13 15:47:49.392oai:repositorio.ufes.br:10/16434http://repositorio.ufes.brRepositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufes.br/oai/requestriufes@ufes.bropendoar:21082025-08-13T15:47:49Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes) - Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)false |
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The high penetration of distributed generation units can decrease significantly the electrical system’s total rotational inertia and, consequently, deteriorate the system stability. In addition to this problem, the growing application of power electronics-based devices can introduce harmonic currents and voltages into the system and deteriorate the system’s power quality. This work proposes the study of inverter controls with synthetic inertia and harmonic compensation features. The virtual synchronous generator (VSG) controller determines the current reference at the fundamental component, which provides synthetic inertia to the inverter that contributes to the system stability, and the active filter controller calculates the reference harmonic currents to mitigate the harmonic currents and voltages in a power system. Thus, the combination of these two controls allows a single inverter to contribute to frequency stability and improve the power quality of an electrical system. The VSG model and harmonic detection strategies based on p-q Theory and linear Fourier combiners (FLC) are studied and, from these studies, controllers of an inverter that combine the VSG control and the harmonic detection strategy are proposed. Among the proposed combinations, the controller that combines VSG control with harmonic detection based on FLC with adaptive gain applied to an electrical system is the main contribution of this work. To verify the control strategies proposed in this work, simulations were carried out in software and experimental tests in software-in-the-loop platforms. From the results obtained in the simulations, it can be proved that the combination of the control of the virtual synchronous generator with the harmonic detection can simultaneously contribute to the stability of frequency and improve the power quality of the electrical system. |
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