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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.18.2021.tde-21092021-174051
Document
Author
Full name
Sebastián de Jesús Manrique Machado
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2021
Supervisor
Committee
Silva, Sérgio Augusto Oliveira da (President)
Coelho, Ernane Antonio Alves
Machado, Ricardo Quadros
Marafão, Fernando Pinhabel
Neves, Francisco de Assis dos Santos
Title in Portuguese
Técnicas de modelagem de pequenos sinais para microrredes CA ilhadas considerando impedância virtual e conversores multifuncionais controlados em corrente
Keywords in Portuguese
controle droop
estabilidade
impedância virtual
microrredes CA
pequenos sinais
qualidade da energia
regiões paramétricas de estabilidade
sistemas dinâmicos
Abstract in Portuguese
Este trabalho está dedicado a compreender melhor o comportamento dinâmico das microrredes. Para tal propósito, inicialmente, seis modelos de pequenos sinais diferentes para microrredes CA ilhadas são desenvolvidos, os quais consideram apenas inversores formadores de rede. Tais modelos são obtidos a partir de diferentes considerações na modelagem tanto dos inversores formadores de rede quanto na modelagem da dinâmica associada aos ramos RL da microrrede (Linhas de distribuição e cargas). Através do estudo de tais modelos conseguiu-se: i) compreender melhor os fenômenos dinâmicos da microrrede através da investigação do efeito de cada simplificação nas previsões dos modelos; ii) estabelecer o nível de fidelidade que cada simplificação proporciona em diferentes cenários em relação ao tipo de rede de distribuição e ao projeto da impedância virtual dos inversores formadores de rede; e iii) avaliar o ganho, em termos de carga computacional, de cada um dos modelos considerados. Em seguida, o modelo completo desenvolvido é estendido para considerar a coexistência de inversores formadores de rede e inversores multifuncionais capazes tanto de suprir potência ativa e reativa quanto de operar como filtros ativos de potência. Particularmente, neste trabalho estuda-se: i) a influência que a estratégia de filtragem ativa adotada tem no comportamento dinâmico da microrrede; ii) os diferentes acoplamentos que surgem na região de frequência entre o controle droop e o PLL do inversor multifuncional; iii) a influência dos diferentes modos de operação do inversor multifuncional nos indicadores de qualidade da energia da microrrede.
Title in English
Small-signal modeling techniques for islanded AC microgrids considering virtual impedance and current-controlled multifunctional converters
Keywords in English
AC microgrids
droop control
dynamic systems
parametric stability boundaries
power quality
small-signal
stability
virtual impedance
Abstract in English
This work is dedicated to a better understanding of the microgrid dynamic behavior. For this purpose, at first, six different small-signal models for islanded AC microgrids are developed, which consider only grid-forming inverters. Such models are obtained from different considerations in the modeling of both the grid-forming inverters and the dynamics associated with the RL branches of the microgrid (Distribution lines and loads). Through the study of such models, it was possible: i) to achieve a better understanding of the microgrid dynamic phenomena by investigating the effect of each simplification on the models' predictions; ii) establish the level of fidelity that each simplification provides in different scenarios referred to the type of distribution network and the design of the grid-forming inverters virtual impedance; and iii) assess the gain, in terms of computational burden, of each one of the models considered. Then the developed complete model is extended to consider the coexistence of grid-forming inverters and multifunctional inverters able to inject active and reactive power and operate as an active power filter. Particularly, this work studies: i) the influence of the adopted active filtering function strategy in the microgrid dynamic behavior; ii) the different couplings arising in the low-frequency region among the droop control and the PLL of the multifunctional inverter; iii) the influence of different multifunctional inverter operation modes in the microgrid power quality indexes.
 
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Publishing Date
2021-09-28
 
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