Modelagem e simulação do sistema de controle de uma microrrede de corrente alternada integrando sistemas fotovoltaicos e armazenamento de energia

Abstract

Na última década, entre 2012 e 2022, o Brasil, seguindo a tendência mundial de transição energética e redução de emissão de gases causadores do efeito estufa, aumentou significativamente sua capacidade instalada de energia eólica e solar. Além disso, regulamentações recentes representaram grandes avanços para o setor elétrico, como a Lei nº 14.300/2022, que instituiu o marco legal da micro e minigeração distribuída, a Portaria nº 140/2022, do INMETRO, que permitiu o uso de inversores híbridos de até 75kW, e o projeto piloto lançado pela COPEL, em 2020, para compra de energia de produtores independentes, que devem constituir microrredes. Com a evolução de regulamentos e tecnologias, espera-se que o uso de microrredes se torne cada vez mais comum e acessível no Brasil. Por isso, neste trabalho foi realizado o estudo dos componentes e controles necessários ao correto funcionamento de uma microrrede, capaz de operar conectada à rede ou ilhada, bem como a modelagem de uma microrrede trifásica a quatro fios. Para validar o estudo e a modelagem, a microrrede foi implementada na plataforma Simulink®, do Matlab®, sendo composta por sistemas fotovoltaicos de dois estágios e baterias. No estágio CC-CC, foi utilizado um conversor Boost com o algoritmo MPPT da Condutância Incremental. No estágio CC-CA, utilizou-se inversor NPC de três níveis com modulação Space Vector. Para controlar a potência dos bancos de baterias, foi utilizado um conversor Buck-Boost bidirecional. Além dos controles de tensão e corrente dos inversores, também foram implementados os seguintes controles: desbalanço da tensão do barramento CC, desequilíbrio da tensão CA, detecção de ilhamento, sincronismo para reconexão, transição suave no ilhamento, controles secundários de tensão, frequência e potência ativa, e gerenciamento de energia. Por fim, as simulações computacionais validaram as modelagens realizadas, já que a microrrede apresentou correto funcionamento em ambos os modos de operação, conectado à rede e ilhado, com transições suaves e atendendo aos requisitos de qualidade da energia de nível de tensão, de desequilíbrio de tensão, de frequência e de distorções harmônicas totais de corrente e tensão. Tais resultados comprovam que a microrrede modelada apresenta grande potencial de aplicação em sistemas de geração distribuída.