UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA
Faculdade de Engenharia Elétrica

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Timbre

Plano de Ensino

IDENTIFICAÇÃO

Componente Curricular:

 Tópicos Especiais em Eletrônica de Potência I: Sistemas Conectados à Rede e Microrredes Isoladas

Unidade Ofertante:

Faculdade de Engenharia Elétrica

Código:

 EL038B

Período/Série:

2024-1

Turma:

 

Carga Horária:

Natureza:

Teórica:

45

Prática:

 

Total:

45

Obrigatória:

( )

Optativa:

(X)

Professor(A):

Ernane Antônio Alves Coelho

Ano/Semestre:

2024-1

Observações:

 

1- Cursos: “Mestrado  e Doutorado”

2- Área de concentração: Sistemas de Energia Elétrica

3- Linha de Pesquisa: Eletrônica Industrial, Sistemas e Controles Eletrônicos

4- As aulas serão ministradas às segundas-feiras, de 9:50 a 12:20, na sala vermelha ou azul do anexo à FEELT

 

 

EMENTA

 

Inversores de tensão, modulação por largura de pulso, modo de controle de corrente e tensão, sistemas fotovoltaicos, rastreamentodo ponto de máxima potência, sistemas inversores para fontes despacháveis, controle multimalha, droop control method, sistemas conectados à rede e microrredes isoladas.

 

JUSTIFICATIVA

 

Em razão do crescimento significativo das fontes alternativas de energia nos anos recentes, torna-se imperativo a inserção de conteúdos nas disciplinas do Programa, os quais capacitem os estudantes para o desenvolvimento de pesquisas nesta área, sob a ótica da Eletrônica Industrial, Sistemas e Controles Eletrônicos.

 

OBJETIVO

Objetivo Geral:

 

 

Ao final do curso o aluno será capaz de compreender, analisar e projetar o controle primário de sistemas inversores conectados à rede, seja no modo de controle de corrente, seja no modo de controle de tensão, e também o controle de microrredes isoladas (sem a presença de uma barra infinita).

 

 

Objetivos Específicos:

 

 

- Compreender, analizar e  projetar malhas de controle de conversores para aplicações em microrredes

- Simular e analisar o comportamento dinâmico de sistemas conectados à rede

- Compreender e  aplicar a análise de pequenos sinais para avaliação da estabilidade em microrredes ca.

 

 

PROGRAMA

 

1. Topologias de Inversores
2. Tipos de modulação utilizados em inversores
3. Modos de conexão à rede:
    a. Modo de controle em corrente
         i. fontes não despacháveis (PV e eólica)
         ii. conversor de interface, conversor boost e MPPT clássico (Perturba e observa)
         iii. conversor boost e inversor em cascata
         iv. malha de corrente de saída
         v. malha de tensão do elo CC
    b. Modo de controle em tensão
         i. fontes despacháveis
         ii. malha interna de corrente
         iii. malha externa de tensão
         iv. "droop control method"
         v. Controle primário, secundário e terciário
4. Sistemas Monofásicos
    a. Sincronismo em sistemas monofásicos
    b. Estudo de um sistema inversor-rede em modo de controle de corrente com compensador proporcional-ressonante
    c. Projeto de filtro L e LCL
5. Sistemas Trifásicos conectados a rede em modo de controle de corrente
    a. Transformada de Clarke e Park
    b. Sincronismo em sistemas trifásicos
    c. Controle de um inversor em referencial estacionário com compensador proporcionalressonante
    d. Compensador proporcional com múltiplos polos ressonantes
    e. Controle de um inversor em referencial síncrono com compensador proporcional-integral
    f. Desacoplamento da tensão de saída
6. Sistemas Trifásicos conectados a rede em modo de controle de tensão
    a. Filtro LC e impedância de acoplamento
    b. Sistemas de controle multimalhas
    c. Controle de um inversor em referencial estacionário com compensador proporcionalressonante
    d. Controle de um inversor em referencial síncrono com compensador proporcional-integral
    e. Desacoplamento da tensão de saída
7. Microrredes ac isoladas (sem a presença de uma barra infinita)
    a. "Droop Control Method" e análise de estabilidade para pequenos sinais
    b. Compensador Proporcional ressonante ideal com rastreamento da frequência de operação
    c. impedância virtual
    d. Controle Secundário – Restauração de frequência e tensão.

 

METODOLOGIA

O curso será desenvolvido por meio de aulas presenciais conforme o cronograma apresentado abaixo, atividades complementares de estudo e tarefas avaliativas realizadas de forma assíncrona, e distribuídas por meio da plataforma Moodle/UFU. As aulas serão ministradas toda segunda-feira, de 9:50 a 12:20, em uma das salas do anexo à FEELT (sala azul ou vermelha).

Todas as tarefas serão propostas para os discentes e recebidas destes via plataforma Moodle/UFU. Os materiais de apoio, como documentos e apresentações em pdf, links de vídeos no Youtube, etc, serão distribuídos também via Moodle/UFU. O detalhamento das tarefas com todas as informações
pertinentes será apresentado em momento oportuno ao longo do curso, na medida em que os discentes já dominarem os conceitos necessários para a compreensão da tarefa. Também serão disponibilizadas as ferramentas para a execução das tarefas, sendo dada a preferência a softwares
livres ou com versões de estudante com capacidade para a solução das tarefas. 

Os resultados das tarefas devem ser postados pelos discentes na plataforma Moodle/UFU até o último dia do período especificado na proposição da tarefa no Moodle. Havendo qualquer problema para a execução da atividade, ou postagem desta, o discente deve fazer o registro do problema via email designado pelo professor ou pelo recurso de mensagens do Moodle

Cronograma:

Ordem

Aulas presenciais - Cada item corresponde à carga horária de 3 aulas
1

Apresentação da disciplina: conteúdos, avaliação e referências, softwares a serem utilizados. Introdução aos Inversores de tensão e tipos de modulação em inversores monofásicos. Análise da corrente de fuga em sistemas fotovoltaicos com inversores em CCM.
2

Inversores de tensão conectados à rede: CCM e VCM. Análise do contexto geral
3

Filtro L e LCL para inversores em CCM conectados à rede. Função de transferência dos filtros L e LCL e roteiro de projeto. Malha de controle da corrente injetada na rede, controle proporcional ressonante, funções de transferência, múltiplos polos ressonantes. Exemplo de projeto e simulação do controle da corrente injetada na rede por meio de um inversor em CCM.
4

Malha de tensão do elo CC, projeto do capacitor do elo CC, função de transferência para a malha de tensão do elo CC. Redução do efeito do ripple de retificação (filtro notch). Exemplo de projeto e simulação do controle da tensão no elo CC de um inversor em CCM conectado à rede.
5

Sincronismo com a Rede Elétrica. Estruturas PLL - PLL monofásico. PLL trifásico em referencial estacionário e síncrono. Conexão à rede de inversores trifásicos.
6

Conversor boost e rastreamento do Ponto de Máxima Potência
7

Técnicas para anti-ilhamento
8

Inversor de tensão em VCM, função de transferência e malhas de controle. Controle em referencial síncrono e referencial estacionário.
9

Técnicas de paralellismo de inversores de tensão. Sistemas distribuídos e "Droop control method"
10

Análise para pequenos sinais de um inversor em VCM conectado à rede. Simulação de um inversor em VCM conectado à rede.
11

Análise para pequenos sinais inversores em VCM conectados em paralelo sem a presença de uma barra infinita. Exemplo de microrrede com inversores em VCM e "droop control method"
12

Impedâncias Virtuais
13

Controle Hierárquico de uma microrrede. Restauração de frequência e tensão.
14

Controle Terciário - Fluxo de energia rede-microrrede
15

Revisão de conteúdos e solução de dúvidas em geral sobre sistema conectados à rede e microrredes isolada

Atividades assíncronas complementares:

Identificação da Tarefa Atividades complementares e tarefas avaliativas (Esta é uma proposta/previsão. As atividades podem sofrer alterações conforme o andamento do curso e desempenho da turma)
1 Projetar um filtro LCL e um controlador proporcional ressonante para a malha de corrente de um sistema inversor conectado à rede, simular a respectiva planta e avaliar a resposta dinâmica do controlador projetado.
2 Complementar o Projeto da Tarefa 1, agregando o capacitor do elo CC e respectiva malha de tensão. Simular o sistema incluindo a malha de tensão. Detalhes do órgão primário de fornecimento de energia (fonte de corrente, painel solar, conversor boost) serão disponibilizados pelo professor no momento da proposta.
3 Projetar e simular um PLL e a malha de corrente de um inversor trifásico em CCM conectado à rede. Avaliar o desempenho do PLL para distúrbios da rede e considerar um desvio na referência de corrente para controle da potência reativa injetada/absorvida.
4 Projetar o controle droop para uma microrrede composta de 3 unidades inversores isoladas (sem a presença de uma barra infinita). Verificar a estabilidade por meio da análise de pequenos sinais e simular a respectiva microrrede, verificando a distribuição dos fluxos de potência ativa e reativa para um dado transitório de carga.

AVALIAÇÃO

A avaliação da disciplina será realizada por atividades assíncronas especificadas como tarefas no cronograma apresentado na metodologia, as quais serão propostas via plataforma Moodle. A pontuação para cada tarefa é apresentada na tabela abaixo:

Tarefa Valor
1 25 pts
2 25 pts
3 25 pts
4 25 pts
TOTAL 100 pts

 

BIBLIOGRAFIA

Básica

- Remus Teodorescu, Marco Liserre, Pedro Rodríguez, GRID CONVERTERS FOR PHOTOVOLTAIC AND WIND POWER SYSTEMS, John Wiley & Sons, Ltd, 2011, ISBN: 978- 0-470-05751-3.
- Qing-Chang Zhong, Tomas Hornik, CONTROL OF POWER INVERTERS IN RENEWABLE ENERGY AND SMART GRID INTEGRATION, John Wiley & Sons, Ltd, 2013, ISBN: 978-0-470-66709-5
- Coelho, E. A. A., Cortizo, P. C., and Garcia, P. F. D. ; Small-signal stability for parallelconnected inverters in stand-alone AC supply , IEEE Transactions on Industry Applications, Volume 38, Issue: 2 , March-April 2002, pages: 533 -542.
- Guerrero, J.M. ; Vasquez, J.C. ; Matas, J. ; de Vicuña, L.G. ; Castilla, M.; Hierarchical Control of Droop-Controlled AC and DC Microgrids—A General Approach Toward Standardization, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 58 , Issue 1, 2011, pp158-172.

 

Complementar

- E. A. Coelho et al., "Small-Signal Analysis of the Microgrid Secondary Control Considering a Communication Time Delay," in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 63, no. 10, pp. 6257-6269, Oct. 2016, doi: 10.1109/TIE.2016.2581155.

- Guerrero, J.M. ; Matas, J. ; Luis Garcia de Vicuna ; Castilla, M. ; Miret, J.; Decentralized Control for Parallel Operation of Distributed Generation Inverters Using Resistive Output Impedance, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 54, Issue 2, 2007b, pp994-1004.
- J. He and Y. W. Li, “Analysis, design, and implementation of virtual impedance for power electronics interfaced distributed generation,” IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 47, no. 6, November 2011.
- Guerrero, J.M. ; Garcia De Vicuna, L. ; Matas, J. ; Castilla, M. ; Miret, J.; Output Impedance Design of Parallel-Connected UPS Inverters With Wireless Load-Sharing Control, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 52 , Issue 4; 2005, pp1126-1135.

 

 

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Documento assinado eletronicamente por Ernane Antonio Alves Coelho, Professor(a) do Magistério Superior, em 18/11/2023, às 11:52, conforme horário oficial de Brasília, com fundamento no art. 6º, § 1º, do Decreto nº 8.539, de 8 de outubro de 2015.
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Referência: Processo nº 23117.081457/2023-08 SEI nº 4979305