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https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/36799| Tipo: | Dissertação |
| Título: | Modelagem e desempenho de recursos baseados em inversores seguidores de rede diante de curtos-circuitos na linha de interconexão |
| Autor(es): | Martins, Pedro Henrique de Morais |
| Orientador: | Lopes, Felipe Vigolvino |
| Coorientador: | Barros, Luciano Sales |
| Resumo: | Avalia-se neste trabalho a influência de diferentes estruturas de malhas de captura de fase (PLL) na resposta de fontes baseadas em inversores (IBRs) do tipo seguidor de rede a faltas na linha de interconexão, considerando os requisitos de suporte de tensão estabelecidos pelo Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS). Foi modelado um sistema representativo de um parque eólico de 100 MVA em quatro configurações: 50 unidades de 2 MVA, 20 de 5 MVA, 5 de 20 MVA e um modelo agregado equivalente. Três topologias de PLL foram analisadas — Synchronous Reference Frame (SRF), Quadrature Signal Generator com Second-Order Generalized Integrator (QSG-SOGI) e Multiple SRF (MSRF) — sob curtos-circuitos trifásicos, bifásicos e monofásicos aterrados, aplicados no centro da linha de interconexão, com resistências definidas segundo normas técnicas. Os resultados mostram que o desempenho dos PLLs influencia diretamente a resposta das IBRs, com comportamentos distintos conforme o tipo de curto-circuito, em função da não linearidade dos controladores e da presença de harmônicos e distorções nas formas de onda. O PLL SRF apresentou maior sensibilidade a essas distorções, com oscilações acentuadas na tensão estimada, variações abruptas na potência reativa injetada e maior conteúdo harmônico nas correntes, especialmente em faltas bifásicas. Por outro lado, os PLLs QSG-SOGI e MSRF demonstraram maior robustez, fornecendo estimativas mais estáveis e respostas mais confiáveis do sistema de controle. A análise em janelas curtas, principalmente nos primeiros 20 ms após a falta, revelou que erros de estimação no SRFPLL podem comprometer a atuação das funções de proteção, reforçando a importância do conhecimento da topologia de PLL utilizada. As simulações também indicaram que modelos equivalentes de IBR com a mesma potência nominal apresentam respostas transitórias semelhantes quando usam a mesma estrutura de PLL, independentemente da quantidade ou porte das unidades, o que valida o uso de modelos agregados como alternativa eficiente para reduzir a carga computacional sem prejuízo à precisão dinâmica. Com base nessa conclusão, foram realizados novos estudos de curto-circuito com variação da posição da falta e da resistência de aterramento, sendo a falta trifásica a mais crítica, com efeitos mais intensos próximos ao terminal local. Já as faltas bifásica e monofásica apresentaram aumento moderado de corrente com a proximidade do terminal, sendo que a monofásica exibiu oscilações mais acentuadas. Conclui-se que a escolha adequada da topologia de PLL, aliada a uma modelagem representativa dos IBRs, é essencial para garantir a conformidade com os códigos de rede, a confiabilidade da proteção e a estabilidade de sistemas com alta penetração de fontes renováveis. |
| Abstract: | This work evaluates the influence of different phase-locked loop (PLL) structures on the response of grid-following inverter-based resources (IBRs) under faults on the interconnection line, considering the voltage support requirements established by the Brazilian Transmission System Operator (TSO). A representative 100 MVA wind power plant was modeled in four configurations: 50 units of 2 MVA, 20 of 5 MVA, 5 of 20 MVA, and an equivalent aggregated model. Three PLL topologies were analyzed — Synchronous Reference Frame (SRF), Quadrature Signal Generator with Second-Order Generalized Integrator (QSG-SOGI), and Multiple SRF (MSRF) — under three-phase, two-phase, and single-phase grounded faults applied at the midpoint of the interconnection line, with resistances defined according to technical standards. The results show that PLL performance directly affects the IBR response to faults, with distinct behaviors depending on the fault type, due to the nonlinear nature of the controllers and the presence of harmonics and waveform distortions. The SRF-PLL showed greater sensitivity to these distortions, resulting in pronounced oscillations in the estimated voltage, abrupt variations in reactive power injection, and higher harmonic content in the injected currents, especially during two-phase faults. In contrast, QSG-SOGI and MSRF PLLs demonstrated greater robustness, providing more stable estimates and more reliable control system behavior. The short-time window analysis — particularly within the first 20 ms after the fault — revealed that estimation errors in the SRF-PLL can compromise the performance of protection functions, highlighting the importance of knowing the PLL topology used. Simulations also indicated that equivalent IBR models with the same nominal power present similar transient responses when using the same PLL structure, regardless of the number or size of the units. This confirms the effectiveness of using aggregated models or units with higher ratings as a strategy to reduce computational burden without compromising the accuracy of dynamic simulations during fault transients. Based on this conclusion, new fault studies were carried out, varying the fault location and grounding resistance. The three-phase fault was found to be the most critical, with more severe effects when it occurred closer to the local terminal. The two-phase and single-phase faults exhibited a moderate increase in current as the fault moved closer to the terminal, and the single-phase fault showed more pronounced oscillatory behavior. It is concluded that the appropriate selection of the PLL topology, together with representative modeling of IBRs, is essential to ensure compliance with grid codes, protection reliability, and the operational stability of systems with high renewable penetration. |
| Palavras-chave: | Curto-circuito IBR MSRF-PLL QSG-SOGI-PLL SRF-PLL Short-circuit |
| CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Editor: | Universidade Federal da Paraíba |
| Sigla da Instituição: | UFPB |
| Departamento: | Engenharia de Energias Renováveis |
| Programa: | Programa de Pós-Graduação em Energias Renováveis |
| Tipo de Acesso: | Acesso aberto Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil |
| URI: | http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/ |
| URI: | https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/36799 |
| Data do documento: | 30-Jul-2025 |
| Aparece nas coleções: | Centro de Energias Alternativas e Renováveis (CEAR) - Programa de Pós-Graduação em Energias Renováveis |
Arquivos associados a este item:
| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
|---|---|---|---|---|
| PedroHenriqueDeMoraisMartins_Dissert.pdf | 9,75 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
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