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Ecole Nationale Polytechnique Département Automatique Laboratoire de Commande des Processus
Thèse de doctorat en Génie électrique
Option: Automatique
Présentée par:
SAFA AHMED
Magistère en Génie électrique Université de Tiaret.
Composition du Jury :
Président: TADJINE Mohamed Pr ENP
Examinateurs: MAHMOUDI Mohand Oulhadj Pr ENP
BOUCHAFAA Farid Pr USTHB
ALLAOUI Tayeb Pr U. Tiaret
GHEDAMSI Kaci Pr U. Bejaia
Rapporteurs: MESSLEM Youcef Pr U. Tiaret
BERKOUK El Madjid Pr ENP
ENP 2018
Etude de la contribution de l’électronique
de puissance dans les microréseaux
RESUMO
A configuração clássica das modernas redes elétricas de alta potência oferece um grande número de vantagens em relação às antigas do ponto de vista da flexibilidade. Além disso, grandes unidades de produção tornam-se mais eficientes e operam apenas com um número relativamente pequeno de pessoal. A rede interligada de transmissão de alta tensão permite minimizar a necessidade de reservas de geração, enviá-la a qualquer momento para a instalação de geração de energia mais eficiente e transportá-la a granel por grandes distâncias com perdas elétricas limitadas. A rede de distribuição pode ser projetada para fluxos de energia unidirecionais e dimensionada para suportar apenas cargas do cliente ou bidirecional. No início da década de 2000, a utilização de energias renováveis, especialmente as baseadas na energia solar e eólica, registou um verdadeiro crescimento. Impulsionados pelos objectivos climáticos e pelos benefícios económicos, vários países em todo o mundo aumentaram as suas ambições. Dada a natureza centralizada das redes eléctricas, a integração de fontes de energia distribuídas (Distributed Energy Sources DES) representa um desafio para os operadores de rede. As autoridades de vários países iniciaram a desregulamentação do mercado energético o que resultou na produção descentralizada, é o caso da rede da Califórnia nos EUA, e na Argélia os textos regulatórios foram desenvolvidos, mas a implementação permanece. Diante dessa nova tendência energética, surgiu um novo conceito: a microrrede (Microgrid MG). Um MG é uma agregação de fontes e cargas que aparece para a rede central como uma carga dinâmica. Portanto, uma microrrede é uma rede dentro de uma rede. As motivações que incentivam a MG são:
Redução de emissões gasosas (principalmente CO2).
Eficiência energética ou uso racional de energia.
Desregulamentação ou política de concorrência.
Diversificação das fontes de energia.
Requisitos de energia nacionais e globais. Outras razões, mas com ênfase adicional em considerações comerciais, tais como:
Disponibilidade de centrais eléctricas modulares.
Facilidade de encontrar locais para pequenos geradores.
Tempos de construção curtos e custos de investimento reduzidos para pequenas fábricas.
A geração pode estar localizada mais próxima da carga, o que pode reduzir os custos de transmissão.
Para preservar a estabilidade e a qualidade do serviço, as autoridades reguladoras estabeleceram padrões (especificações) para a microrrede para que possam ser conectadas à rede. Estas normas exigem, entre outras coisas, um determinado mínimo para os índices de qualidade da eletricidade (taxa THD, taxa de desequilíbrio, etc.). O objetivo deste trabalho de tese é desenvolver algoritmos de controle para melhorar a qualidade da eletricidade de uma microrrede para que ela cumpra os diferentes códigos regulatórios.
E desenvolver um algoritmo que permita a sincronização do inversor que é o órgão central da rede. Esta tese está dividida em cinco capítulos. No primeiro capítulo é apresentado o princípio da geração distribuída, suas vantagens trazidas para a rede de distribuição e suas desvantagens. O conceito de microrrede (Microgrid MG) é então apresentado como a solução para integração ideal e mais controlada de fontes de geração distribuída. Para se conectar à rede, o MG deve estar alinhado ao padrão de conexão, portanto são citados problemas de qualidade de energia. Para melhorar a qualidade da eletricidade de um MG, um conversor estático, muitas vezes um inversor multifuncional (MultiFunctionql Grid Tied Inverter MFGTI), é conectado ao PCC. O estado da arte das técnicas de sincronização de conversores à rede seguido do estado da arte do controle MFGTI concluirá este primeiro capítulo. O segundo capítulo foca no desenvolvimento de uma técnica de sincronização para conversores conectados em rede. Nosso objetivo é desenvolver um algoritmo que seja insensível à qualidade da tensão da rede e leve para implementação em processadores de baixo custo. O terceiro capítulo apresenta a análise e desenvolvimento de um controle MFGTI baseado nos princípios das potências instantâneas. O Estimador de Componente Fundamental Positiva PFCE desenvolvido no Capítulo 2 será usado para extrair diretamente a fundamental da corrente de carga sem mudança de fase ou erro. Um controle de modo deslizante é desenvolvido para controlar a tensão do barramento CC. Consequentemente, o método desenvolvido neste capítulo é denominado PFCE-SMC. O quarto capítulo é dedicado ao desenvolvimento de um controle baseado no método de controle direto do MFGTI. Um controle de modo deslizante é usado para estimar a amplitude da corrente da fonte a partir da configuração da tensão do barramento CC. Para melhorar o controle, uma ação integral é adicionada com um filtro passa-baixa, daí o nome SMC-LPF.
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