Melhoramento do desempenho de unidades hibridas PV/BESS em microrredes através do conversor bidirecional entrelaçado de três fases com controle IMC

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Lima, Lindemberg Roberto de
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal da Paraíba
Brasil
Engenharia Elétrica
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
UFPB
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/29921
Resumo: This research covers the theoretical study, mathematical modeling, and control design of a three-phase photovoltaic/battery generation unit in a microgrid environment, with grid follower control in connected mode and grid forming control droop for islanded mode, aiming to adopt a three-phase, non-isolated, interleaved, bi-directional current DC-DC battery converter. These converter topologies consist of connecting two or more identical converters in parallel and have the advantages of allowing a reduction in the dimensioning of components, an improvement in power quality, less ripple in the output battery voltage, and facilitating transient filtering, in addition to the best dynamic response. The topology of interleaved DC–DC converters, applied to bidirectional power flow systems, is described and analyzed. The mathematical modeling of the photovoltaic and battery converters is based on the average state-space model applied to the different operating states in continuous conduction mode. The bidirectional converter presents the problem of the nonminimum phase, which reduces the closed-loop bandwidth and makes the dynamic response of the converter slower. In this situation, PID controllers do not work well with load changes, line changes, and parametric uncertainties. Therefore, the main objective of the research is to propose a controller for the three-phase interleaved bidirectional converter by internal control model (IMC). Due to the characteristic of robust control, the IMC in cascade is adopted, with four control loops, three internal current loops, one for each phase of the converter, and an external voltage loop. For comparison purposes, are used Type-II and Type-III controllers, due to their robust control characteristics. The comparison is based on quality parameters, such as reduction of the battery current ripple, and voltage and frequency stability of the microgrid, in the battery charge and discharge modes. The results through simulations in MATLAB/ Simulink suggest the regularity and stability of the three controls, all of which can be considered robust controls for the interleaved converter. The IMC controller demonstrates advantages, such as ease of configuration, depending on a single parameter, the λ of the filter, fast response speed when subjected to reference voltage disturbances, and small overshoot.
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These converter topologies consist of connecting two or more identical converters in parallel and have the advantages of allowing a reduction in the dimensioning of components, an improvement in power quality, less ripple in the output battery voltage, and facilitating transient filtering, in addition to the best dynamic response. The topology of interleaved DC–DC converters, applied to bidirectional power flow systems, is described and analyzed. The mathematical modeling of the photovoltaic and battery converters is based on the average state-space model applied to the different operating states in continuous conduction mode. The bidirectional converter presents the problem of the nonminimum phase, which reduces the closed-loop bandwidth and makes the dynamic response of the converter slower. In this situation, PID controllers do not work well with load changes, line changes, and parametric uncertainties. Therefore, the main objective of the research is to propose a controller for the three-phase interleaved bidirectional converter by internal control model (IMC). Due to the characteristic of robust control, the IMC in cascade is adopted, with four control loops, three internal current loops, one for each phase of the converter, and an external voltage loop. For comparison purposes, are used Type-II and Type-III controllers, due to their robust control characteristics. The comparison is based on quality parameters, such as reduction of the battery current ripple, and voltage and frequency stability of the microgrid, in the battery charge and discharge modes. The results through simulations in MATLAB/ Simulink suggest the regularity and stability of the three controls, all of which can be considered robust controls for the interleaved converter. The IMC controller demonstrates advantages, such as ease of configuration, depending on a single parameter, the λ of the filter, fast response speed when subjected to reference voltage disturbances, and small overshoot.NenhumaA presente pesquisa abrange o estudo teórico, a modelagem matemática e o projeto de controle de uma unidade trifásica de geração fotovoltaica/bateria em ambiente de microrrede, com controle seguidor de rede em modo conectado e controle formador de rede droop para o modo ilhado, objetivando adotar um conversor CC–CC bidirecional em corrente, não–isolado e entrelaçado de três fases para a bateria. Essas topologias de conversores consistem em conectar dois ou mais conversores idênticos em paralelo e apresenta as vantagens de permitir a redução no dimensionamento dos componentes, a melhoria na qualidade da energia, a menor ondulação na tensão de saída da bateria, facilitando a filtragem de transientes, além da melhor resposta dinâmica. É descrita e analisada a topologia de conversores CC–CC entrelaçados, aplicados a sistemas de fluxo de potência bidirecional. A modelagem matemática dos conversores da fotovoltaica e bidirecional da bateria tem por referência o modelo médio por espaço de estados aplicado aos diversos estados de operação no modo de condução contínua. O conversor bidirecional apresenta o problema da fase não mínima, que reduz a largura de banda da malha fechada e torna a resposta dinâmica do conversor mais lenta. Nessa situação, os controladores PID não funcionam bem com mudanças de carga, mudanças de linha e incertezas paramétricas. Por isso, o principal objetivo da pesquisa é propor um compensador para o conversor CC-CC bidirecional entrelaçado de três fases por modelo de controle interno (IMC). Devido à característica de controle robusto, é adotado o IMC em cascata, com quatro malhas de controle, três malhas internas de corrente, sendo uma para cada fase do conversor, e uma malha externa de tensão. Para fins de comparação, são utilizados os controladores Tipo 2 e Tipo 3, por suas características de controles robustos. A comparação é baseada em parâmetros de qualidade do conversor intercalado, como redução da ondulação da corrente da bateria, e estabilidade de tensão e frequência da microrrede, nos modos de carga e descarga da bateria. Os resultados através de simulações em ambiente MATLAB/Simulink sugerem a regularidade e estabilidade dos três controles, todos eles podem ser considerados controles robustos para o conversor entrelaçado. O controlador IMC demonstra vantagens como facilidade de configuração, por dependência de único parâmetro, o λ do filtro; velocidade de resposta rápida quando submetido a distúrbios da tensão de referência; e pequeno sobressinal.Universidade Federal da ParaíbaBrasilEngenharia ElétricaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUFPBBarros, Luciano Saleshttp://lattes.cnpq.br/5175817442792763Barros, Camila Mara Vitalhttp://lattes.cnpq.br/1315327332959469Lima, Lindemberg Roberto de2024-03-25T16:51:08Z2023-09-042024-03-25T16:51:08Z2023-08-21info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/29921porAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2024-03-26T06:03:52Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/29921Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufpb.br/PUBhttp://tede.biblioteca.ufpb.br:8080/oai/requestdiretoria@ufpb.br|| bdtd@biblioteca.ufpb.bropendoar:2024-03-26T06:03:52Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false
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