doctoralThesis
Variable structure virtual impedance approaches for improving power flow control of grid-connected power converters
Registro en:
FONSECA, Thales Queiroz. Variable structure virtual impedance approaches for improving power flow control of grid-connected power converters. Orientador: Ricardo Lúcio de Araújo Ribeiro. 2022. 186f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e de Computação) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2022.
Autor
Fonseca, Thales Queiroz
Resumen
Factors such as environmental restrictions and technological advances have enabled
the insertion of renewable energy sources (e.g. photovoltaic and wind systems) as distributed generators (DG), in the electrical grid. However, because of the intermittent
nature of the energy in solar radiation and wind, control strategies for regulating the DG
power flow are necessary to ensure a proper connection of these systems to the grid. These
control strategies are applied to the DG and the grid interface, which is implemented by
grid-connected power converters. Grid-connected power converters can be controlled to
operate as a controlled current source (grid-feeding converters) or as a controlled voltage
source (grid-forming converters), in which the grid-feeding power converter (GFD-PC)
systems are suitable to deliver power to an energized grid, while grid-forming power converter (GFO-PC) systems can contribute for regulating the grid voltage and frequency.
When connected to a low voltage grid, GFD-PC systems can cause voltage deviation in
the grid, and GFO-PC systems are subject to active and reactive power coupling. These
drawbacks can be overcome with the use of the virtual impedance concept, which is
a technique that can change the output impedance of power converters. Therefore, it
can modify the equivalent impedance between the power converter and the grid, thus
improving the power flow control of GFO-PC, and achieving voltage support of GFDPC systems. In this direction, this doctoral thesis proposes implementations of virtual
impedances to overcome the drawbacks of GFO-PC and GFD-PC systems connected to
the low voltage grid to meet the requirements of power flow control in DG systems. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Fatores como restrições ambientais e avanços tecnológicos têm possibilitado a inserção de fontes de energias renováveis (por exemplo, sistemas fotovoltaicos e eólicos),
na forma de geradores distribuídos (GD), na rede elétrica. Entretanto, devido à natureza
intermitente da energia proveniente da radiação solar e do vento, estratégias de controle
para regular o fluxo de potência dos GDs são necessários para garantir uma conexão adequada desses sistemas na rede elétrica. Essas estratégias de controle são aplicadas ao
GD e ao dispositivo de interface com a rede, que é implementado por conversores de
potência conectados à rede elétrica. Esses conversores podem ser controlados para operar como fontes de corrente controlada (conversores alimentadores de rede) ou como
fontes de tensão controlada (conversores formadores de rede), em que os conversores de
potência alimentadores de rede são adequados para fornecer potência à rede elétrica, enquanto que os conversores de potência formadores de rede podem contribuir para regular
a tensão e a frequência da rede elétrica. Quando conectados à rede elétrica de baixa tensão, conversores alimentadores de rede podem causar desvios de tensão na rede elétrica e
os conversores formadores de rede estão sujeitos ao acoplamento no controle das potências ativa e reativa. Esses problemas podem ser mitigados com a utilização do conceito
de impedância virtual, que é uma técnica que permite alterar a impedância de saída dos
conversores de potência. Portanto, a impedância virtual pode modificar a impedância de
interconexão entre o conversor de potência e a rede elétrica, melhorando assim o controle do fluxo de potência de conversores formadores de rede e garantindo o suporte de
tensão de conversores alimentadores de rede. Nessa direção, nesta tese de doutorado são
propostas implementações de impedâncias virtuais para mitigar os problemas de conversores formadores de rede e conversores alimentadores de rede conectados à rede elétrica
de baixa tensão, para atender aos requisitos do controle do fluxo de potência de GDs.