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Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/29369
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Campo DCValorIdioma
dc.creatorAlcântara, Pedro Aquino de-
dc.date.accessioned2024-01-29T22:00:58Z-
dc.date.available2023-07-11-
dc.date.available2024-01-29T22:00:58Z-
dc.date.issued2023-06-29-
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/29369-
dc.description.abstractThe huge development of distributed generation (DG) systems and their insertion in the main grid has made the concept of microgrids the target of much research. Renewable energy sources (RES) like photovoltaic (PV) and wind systems represent a vast part of DG units once they have been developed to replace non-clean energy sources. Still, it has been a challenge to make possible RES operations in islanded microgrid environments, especially those formed by PV systems. The intermittent behavior of RES and their lack of power reserve have provoked many problems like voltage and frequency deviations. For this reason, energy storage devices such as battery energy storage systems (BESS) represent an important solution for power support in islanded systems due to their fast response to outages. Several strategies have been studied to provide standalone microgrid environments with power management for maintaining the balance between generation power and load demand. However, critical situations where the microgrid is composed of only one generation system have been little addressed. In these cases, the physical limitation of BESS instigates crucial decisions for keeping the grid balance such as generation power curtailment, when BESS charging limits are reached, and load-shedding, when it reaches discharging limits. This work studies a multi-loop power management strategy for a three-phase islanded microgrid formed by one PV/BESS-based generation unit with grid-forming droop control for the Voltage Source Inverter (VSI), including a secondary frequency/voltage regulation and Proportional-Resonant control loops. To better understand the unit behavior, the operation is divided into states. The transition among the states is performed by the multi-loop strategy whenever the BESS has reached any limit. However, it is extremely necessary to ensure smooth state transitions in order to avoid harmful current and voltage variations. As the strategy is based on Proportional-Integral controllers, the physical limitation of the BESS may cause constant steady-state errors and consequently integration windup. This problem is extremely undesirable, because it may cause decision delays and/or undesired transients during the transition among operation states. This work proposes the use of integration anti-windup techniques in important PI controllers for improving state transitions. Two well-known anti-windup techniques are compared in order to assess smoother behavior. In addition, this work provides an improved load-shedding strategy based on the unit DC-link voltage to keep the power balance in cases of low generation power availability. The results showed that anti-windup methods are essential to avoid undesired transients, decision delays, and current/voltage harmful oscillations during operation state transitions. Two anti-windup methods were tested: clamping and back-calculation. Both showed satisfactory performances. However, the back-calculation technique showed a better performance in a situation when the BESS state-of-charge (SoC) has to be regulated. This technique presented a better response by avoiding under and overshoots during the transitions. Finally, the work was developed through Matlab/Simulink simulations.pt_BR
dc.description.provenanceSubmitted by Marília Cosmos (marilia@biblioteca.ufpb.br) on 2024-01-29T22:00:58Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 805 bytes, checksum: c4c98de35c20c53220c07884f4def27c (MD5) PedroAquinoDeAlcântara_Dissert.pdf: 5747847 bytes, checksum: 2851e5a45eff511e31f06b4a1c519659 (MD5)en
dc.description.provenanceMade available in DSpace on 2024-01-29T22:00:58Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 805 bytes, checksum: c4c98de35c20c53220c07884f4def27c (MD5) PedroAquinoDeAlcântara_Dissert.pdf: 5747847 bytes, checksum: 2851e5a45eff511e31f06b4a1c519659 (MD5) Previous issue date: 2023-06-29en
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESpt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal da Paraíbapt_BR
dc.rightsAcesso abertopt_BR
dc.rightsAttribution-NoDerivs 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/*
dc.subjectEngenharia elétricapt_BR
dc.subjectMicrorrede ilhadapt_BR
dc.subjectUnidade fotovoltaica com bateriaspt_BR
dc.subjectGerenciamento de potência multi-looppt_BR
dc.subjectCorte de cargapt_BR
dc.subjectControle Formador de Rede baseado em Controle Drooppt_BR
dc.subjectAnti-winduppt_BR
dc.subjectIslanded Microgridpt_BR
dc.subjectPhotovoltaic-Battery unitpt_BR
dc.subjectMulti-loop Power Managementpt_BR
dc.subjectGrid-Forming Droop Controlpt_BR
dc.subjectAnti-winduppt_BR
dc.subjectLoad Sheddingpt_BR
dc.titleAnti-windup and load shedding for smooth transitions in multi-loop power management of islanded single unit-sourced microgridspt_BR
dc.typeDissertaçãopt_BR
dc.contributor.advisor1Barros, Camila Mara Vital-
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1315327332959469pt_BR
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/8577009416257117pt_BR
dc.description.resumoO grande desenvolvimento dos sistemas de geração distribuída (GD) e sua inserção na rede principal tornou o conceito de microrredes alvo de muitas pesquisas. Fontes de energia renovável (FER) como sistemas fotovoltaicos (PV) e eólicos representam uma grande parte das unidades de GD uma vez que foram desenvolvidas para substituir fontes de energia não limpas. Ainda assim, tem sido um desafio viabilizar operações de FER em ambientes insulares de MG, principalmente naqueles formados por sistemas fotovoltaicos. O comportamento intermitente dos RES e sua falta de reserva de energia provocaram muitos problemas como desvios de tensão e frequência. Por esta razão, os dispositivos de armazenamento de energia, como os sistemas de armazenamento de energia por bateria (BESS), representam uma importante solução para suporte de energia em sistemas ilhados devido à sua rápida resposta a interrupções. Várias estratégias foram estudadas para fornecer ambientes de microrredes autônomos com gerenciamento de energia para manter o equilíbrio entre geração de energia e demanda de carga. No entanto, situações críticas em que a microrrede é composta por apenas um sistema de geração têm sido pouco abordadas. Nesses casos, a limitação física do BESS instiga decisões cruciais para manter o equilíbrio da rede, como o corte de potência de geração, quando os limites de carregamento do BESS são atingidos, e o corte de carga, quando BESS atinge os limites de descarga. Este trabalho estuda uma estratégia de gerenciamento de energia multi-loop para uma microrrede trifásica, ilhada e formada por uma unidade de geração fotovoltaica com BESS, incluindo controle formador de rede baseado em controle droop para o inversor fonte de tensão (VSI), incluindo uma regulação de frequência/tensão secundária, e malhas de controle Proporcional-Ressonante. Para entender melhor o comportamento da unidade, a operação é dividida em estados. A transição entre os estados é realizada pela estratégia multi-loop sempre que o BESS atingir algum limite. No entanto, é extremamente necessário garantir transições de estado suaves para evitar variações prejudiciais de corrente e tensão. Como a estratégia é baseada em controladores Proporcionais-Integrais, a limitação física do BESS pode ocasionar erros constantes de regime permanente e conseqüentemente windup da integração. Este problema é extremamente indesejável, pois pode causar atrasos de decisão e/ou transientes indesejados durante a transição de estados. Este trabalho propõe o uso de técnicas anti-windup de integração em controladores PI para melhorar as transições de estado. Duas técnicas anti-windup bem conhecidas são comparadas a fim de avaliar um comportamento mais suave. Além disso, este trabalho fornece uma estratégia aprimorada de corte de carga com base na tensão do barramento CC da unidade para manter o equilíbrio de potência em casos de baixa disponibilidade de geração. Os resultados mostraram que métodos anti-windup são essenciais para evitar transientes indesejados, atrasos de decisão e oscilações prejudiciais de corrente/tensão durante as transições de estado de operação. Dois métodos anti-windup foram testados: clamping e back-calculation. Ambos apresentaram desempenhos satisfatórios. No entanto, a técnica back-calculation mostrou um melhor desempenho em situalções em que o estado de carga (SoC) do BESS precisa ser regulado. Essa técnica apresentou uma melhor resposta evitando under e overshoots dos controladores durante as transições. Por fim, o trabalho foi desenvolvido por meio de simulações no Matlab/Simulink.pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentEngenharia Elétricapt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétricapt_BR
dc.publisher.initialsUFPBpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICApt_BR
Aparece nas coleções:Centro de Energias Alternativas e Renováveis (CEAR) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica

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