pesquisas interdisciplinares em redes inteligentes de energia …antenor/pdffiles/relatorio ano...
Post on 21-Jun-2020
6 Views
Preview:
TRANSCRIPT
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
1
Projeto Temático
Pesquisas Interdisciplinares em Redes
Inteligentes de Energia Elétrica
Processo 2016/08645
Relatório Científico Ano 2 (julho de 2018 a junho de 2019)
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
2
Relatório Científico Ano 2 (julho de 2018 a junho de 2019)
Pesquisador Responsável: Prof. Dr. José Antenor Pomilio DSE/FEEC/UNICAMP
Pesquisadores Principais: Prof. Dr. Christiano Lyra Filho DSE/FEEC/UNICAMP
Prof. Dr. Ernesto Ruppert Filho DSE/FEEC/UNICAMP
Prof. Dr. Fernando Pinhabel Marafão ICTS/UNESP
Prof. Dr. João Bosco Ribeiro do Val DSE/FEEC/UNICAMP
Pesquisadores Associados: Prof. Dr. Alfeu Joãozinho Sguarezi Filho CECS/UFABC
Prof. Dr. Christian Esteve Rothenberg DCA/FEEC/UNICAMP
Prof. Dr. Daniel Dotta DSE/FEEC/UNICAMP
Prof. Dr. Eduardo Paciência Godoy ICTS/UNESP
Prof. Dr. Flávio Alessandro Serrão Gonçalves ICTS/UNESP
Prof. Dr. Helmo Kelis Morales Paredes ICTS/UNESP
Prof. Dr. Leonardo de Souza Mendes DECOM/FEEC/UNICAMP
Prof. Dr. Marcelo Gradella Villalva DSE/FEEC/UNICAMP
Prof. Dr. Paulo Augusto Valente Ferreira DSE/FEEC/UNICAMP
Prof. Dr. Walmir de Freitas Filho DSE/FEEC/UNICAMP
Pesquisadores bolsistas de post-doc: Dr. João Inácio Y. Ota
Dr. Ricardo Torquato Borges
Equipe Ano 2:
Laboratório de Redes Elétricas Inteligentes - LabREI
Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação
Universidade Estadual de Campinas
Joel Filipe Guerreiro – estudante de doutorado
Eliabe Duarte Queirós – estudante de doutorado
Hildo Guillardi Jr. – estudante de doutorado
Vinicius Carnelossi da Cunha – estudante de doutorado
Ellen Marianne Bernal Cavalheiro – estudante de doutorado
Tiago Henrique de Abreu Mateus – estudante de doutorado
Orlem Lima dos Santos – estudante de mestrado
Caio dos Santos – estudante de mestrado
Grupo de Automação e Sistemas Integráveis - Gasi
Instituto de Ciência e Tecnologia de Sorocaba
Universidade Estadual Paulista “Julio de Mesquita Filho” - UNESP
Jose de Arimatéia Olímpio Filho – estudante de mestrado
Risomar de Andrade Alves Santos – estudante de mestrado
Augusto Matheus dos Santos Alonso – estudante de doutorado
Bruno Aguilar da Cunha - estudante de doutorado
Caio Cesar Policelli Amalfi - estudante de doutorado
Caíque Vendemiatti - estudante de mestrado
Lucas Nunes Monteiro - estudante de mestrado
Centro de Engenharia, Modelagem e Ciências Sociais Aplicadas
Universidade Federal do ABC - UFABC
Angelo dos Santos Lunardi – estudante de doutorado
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
3
CRONOGRAMA
As atividades principais relacionadas ao desenvolvimento deste projeto encontram-se dispostas
no cronograma semestral a seguir, considerando-se o projeto com duração de cinco anos.
Atividade/Semestre 1º 2º 3º 4º 5º 6º 7º 8º 9º 10º
Compra de equipamentos 95%
Instalações e montagens 90%
Ensaios operacionais e finalização
da instalação
Desenvolvimento de pesquisas
Produção acadêmica
Implantação de sistema para acesso
remoto
Formação de RH
Relatórios
Compras de equipamentos – 95% finalizado
Em relação ao previsto no cronograma, pode-se indicar que o andamento das compras está
conforme o previsto. Todos os processos de importação foram concluídos e os equipamentos já foram
recebidos, estando em processo de instalação.
Foram adquiridos os equipamentos de informática para a rede experimental (servidores). Ainda
não foram adquiridos os computadores de uso pessoal.
Instalações e montagens – 90% realizado
O principal elemento de instalação é o painel de interconexões. O projeto foi realizado durante o
segundo semestre de 2018 e no final do ano foram feitas as cotações. O valor cotado esteve em torno
de R$100.000,00. O painel teve a montagem iniciada em janeiro de 2019. Houve um atraso na
finalização das montagens, que ocorreram em maio de 2019.
Com o painel disponível, outras instalações, a cargo da equipe, se viabilizaram. Ainda resta
finalizar o painel de comando (contatores nas barras) e iniciar a implantação da rede de comunicação.
Estão em desenvolvimento (confecção de placas) os medidores de energia que serão instalados em
cada barra.
Os servidores de dados estão montados no rack e estão em processo de configuração de software.
Nesse aspecto temos contado com o apoio da Diretoria Técnica de Informática da FEEC.
Os sistemas de condicionamento de ar foram implantados com apoio da Diretoria da FEEC. NO
momento está em análise a situação do sistema de aterramento no Bloco C da FEEC.
Ensaios operacionais e finalização da instalação
Com a finalização das instalações elétricas, iniciou-se o comissionamento dos diversos
equipamentos do LabREI, que são comandados remotamente através das interfaces dos fabricantes.
Esse estágio antecede a implantação de uma interface geral para o conjunto de equipamentos.
Desenvolvimento de pesquisas, Produção Acadêmica e Formação de RH
Conforme descrito ao longo deste relatório, as pesquisas têm se desenvolvido com intensidade a
partir dos trabalhos dos Pesquisadores e seus orientados.
Além disso, diversas teses e dissertação têm se beneficiado dos recursos e estruturas vinculadas.
Desta forma, a formação de recursos humanos tem ocorrido regularmente e a expectativa é de
ampliação à medida que o projeto amadurece, especialmente em relação aos doutorados.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
4
PRODUÇÃO VINCULADA AO PROJETO
Total de publicações em periódicos (Julho 2017 a Junho 2019): 36 (não inclui aceitos)
Total de publicações em congressos (Julho 2017 a Junho 2019): 33 (não inclui aceitos)
Publicações em Periódicos (de julho de 2018 até junho de 2019) (inclui artigos aceitos)
1. Rodrigues, Lucas L.; Potts, Alain S.; Vilcanqui, Omar A. C.; Sguarezi Filho, Alfeu J. Tuning
A Model Predictive Controller For Doubly Fed Induction Generator Employing A Constrained
Genetic Algorithm. IET Electric Power Applications, V. 13, N. 6, P. 819-826, Jun 2019.
2. Hildo Guillardi Júnior, Eduardo Verri Liberado, José Antenor Pomilio, Fernando Pinhabel
Marafão: General-compensation-purpose Static var Compensator prototype, HardwareX,
Volume 5, April 2019, e00049, https://doi.org/10.1016/j.ohx.2018.e00049
3. João B.R. do Val, Patrice Guillotreau and ThomasVallée. “Fishery Management under Poorly
Known Dynamics”, European Journal of Operational Research, vol. 279, n.1, p. 242–257,
2019 DOI: 10.1016/j.ejor.2019.05.016
4. Arrieta Paternina, Mario R.; Tripathy, Rajesh Kumar; Zamora-Mendez, Alejandro; Dotta,
Daniel. Identification Of Electromechanical Oscillatory Modes Based On Variational Mode
Decomposition. Electric Power Systems Research, V. 167, P. 71-85, Feb 2019.
5. Oruganti, V. S. R. V.; Dhanikonda, V. S. S. S. S.; Paredes, H. K. Morales; Simoes, M. Godoy.
Enhanced Dual-Spectrum Line Interpolated Fft With Four-Term Minimal Sidelobe Cosine
Window For Real-Time Harmonic Estimation In Synchrophasor Smart-Grid Technology.
Electronics, V. 8, N. 2 Feb 2019.
6. Gerez, C.; Silva, I. Lindenberg; Belati, E. A.; Sguarezi Filho, A. J.; Costa, E. C. M.
Distribution Network Reconfiguration Using Selective Firefly Algorithm And A Load Flow
Analysis Criterion For Reducing The Search Space. IEEE Access, V. 7, P. 67874-67888, 2019.
7. Moreira, A. B.; Dos Santos Barros, T. A.; De Castro Teixeira, V. S.; De Souza, Ramon
Rodrigues; De Paula, M. V.; Ruppert Filho, E.. Control Of Powers For Wind Power
Generation And Grid Current Harmonics Filtering From Doubly Fed Induction Generator:
Comparison Of Two Strategies. IEEE Access, V. 7, P. 37203-37213, 2019.
8. Souza, W. A.; Marafao, F. P.; Liberado, E. V.; Simoes, M. G.; Da Silva, L. C. P., A. Nilm
Dataset For Cognitive Meters Based On Conservative Power Theory And Pattern Recognition
Techniques. Journal Of Control Automation And Electrical Systems, V. 29, N. 6, P. 742-755,
Dec 2018.
9. Bento, M. E. C.; Dotta, D.l; Kuiava, R.; Ramos, Rodrigo A.: Robust Design Of Coordinated
Decentralized Damping Controllers For Power Systems. International Journal Of Advanced
Manufacturing Technology, V. 99, N. 5-8, P. 2035-2044, Nov 2018.
10. Moreira, A. C.; Paredes, H. K. M.; De Souza, W. A.; Marafao, F. P.; Da Silva, L. C. P.
Intelligent Expert System For Power Quality Improvement Under Distorted And Unbalanced
Conditions In Three-Phase AC Microgrids. IEEE Transactions On Smart Grid, V. 9, N. 6, P.
6951-6960, Nov 2018.
11. Souza, R. R.; Moreira, A. B.; Barros, T. A. S.; Ruppert, E.. A Proposal For A Wind System
Equipped With A Doubly Fed Induction Generator Using The Conservative Power Theory For
Active Filtering Of Harmonics Currents. Electric Power Systems Research, V. 164, P. 167-
177, Nov 2018.
12. D. I. Narváez, M. V. G. Reis, T. A. S. Barros, E. Ruppert, M. G. Villalva, “Performance
Comparison of DC and AC Controllers for a Two-Stage Power Converter in Energy Storage
Application”, Electric Power Systems Research Journal, Elsevier, November 2018.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
5
13. Brandao, D. I.; De Araujo, Lucas S.; Caldognetto, T.; Pomilio, J. A. Coordinated Control of
Three- And Single-Phase Inverters Coexisting In Low-Voltage Microgrids. Applied Energy,
V. 228, P. 2050-2060, Oct 15 2018.
14. Morales-Paredes, H. K.; Bonaldo, J. P.; Pomilio, J. A.: Centralized Control Center
Implementation For Synergistic Operation Of Distributed Multifunctional Single-Phase Grid-
Tie Inverters In A Microgrid. IEEE Transactions on Industrial Electronics, V. 65, N. 10, P.
8018-8029, Oct 2018.
15. Marafao, F. P.; Dos Santos Alonso, A. M.; Goncalves, F. A. S.; Brandao, D. I.; Germano
Martins, A. C.; Morales Paredes, H. K.. Trends and Constraints on Brazilian Photovoltaic
Industry: Energy Policies, Interconnection Codes, And Equipment Certification. IEEE
Transactions on Industry Applications, V. 54, N. 5, 1, P. 4017-4027, Sep-Oct 2018.
16. Cavalheiro, Ellen M. B.; Vergilio, Andre H. B.; Lyra, Christiano. Optimal Configuration Of
Power Distribution Networks With Variable Renewable Energy Resources. Computers &
Operations Research, V. 96, P. 272+, Aug 2018.
17. D. I. Brandão, J. A. Pomilio, F. P. Marafão, A. M. dos Santos Alonso, “Validação
Experimental de uma Microrrede Com Controle Centralizado e Despachável”, Eletrônica de
Potência, Vol. 23, nº 3, pp. 281-291, https://dx.doi.org/10.18618/REP.2018.3.2779, 2018.
18. Curi Busarello, T. D.; Paredes, H. K. M.; Pomilio, J. A.; Simoes, M. G. Synergistic Operation
Between Battery Energy Storage And Photovoltaic Generator Systems To Assist Management
Of Microgrids. IET Generation Transmission & Distribution, V. 12, N. 12, P. 2944-2951, Jul
10 2018.
19. SILVA, J. L. S.; MOREIRA, H. S. ; MESQUITA, D. B. ; REIS, M. V. G.;VILLALVA, M. G.
Study of Power Optimizers for grid-connected photovoltaic systems, Aceito em in IEEE
Transactions Latin-America.
20. B. Gao, R. Torquato, W. Xu, e W. Freitas, “Waveform-Based Method for Fast and Accurate
Identification of Subsynchronous Resonance Events,” Aceito para publicação em IEEE
Transactions on Power Systems.
21. Y. Perdana, S. M. Muyeen, A. Al-Durra, H. K. Morales-Paredes, M. G. Simões, “Direct
Connection of Supercapacitor-Battery Hybrid Storage System to the Grid-tied Photovoltaic
System”. Aceito para publicação IEEE Transactions Sustainable Energy, Vol. 10, No. 03, pp.
1370-1379, July 2019.
Publicações em Conferências (artigos completos, inclui artigos aceitos), (de julho de 2018 até junho
de 2019)
1. E. M. B. Cavalheiro e C. Lyra “Configurações de redes de distribuição de energia elétrica com
fontes distribuídas considerando variações de demanda”, Anais do “50o Simpósio Brasileiro de
Pesquisa Operacional”, 6 a 9 de agosto de 2018, Rio de Janeiro, RJ, Artigo 85020, 11 pg
2. J. P. Bonaldo; G. Junior Schiavon; H. K. Morales Paredes; J. A. Pomilio, “Estratégia de ajuste
automático da compensação de distúrbios baseada na corrente nominal de inversores
multifuncionais”, 22º Congresso Brasileiro de Automática, setembro de 2018, João Pessoa, PB.
3. Lucas S. Araújo; Augusto M. S. Alonso; Willian M. Ferreira; H. Couto; D. I. Brandão; F. P.
Marafão; J. A. Pomilio, “Estratégia de Controle para Coordenação de Conversores
Monofásicos e Trifásicos Distribuídos em Microrredes”, 22º Congresso Brasileiro de
Automática, setembro de 2018, João Pessoa, PB.
4. T. H. de Abreu Mateus; J. A. Pomilio; R. B. Godoy; J. O. P. Pinto, “Conversor Multinível
Ponte-H em Cascata Controlado por Droop Robusto e Sem PLL Aplicado à Solução de
Sombreamento Parcial em Sistema de Geração Conectados à Rede Elétrica”, 22º Congresso
Brasileiro de Automática, setembro de 2018, João Pessoa, PB.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
6
5. H. S. Moreira, M. V. G. dos Reis, K. B. de Melo, M. K. da Silva, M. G. Villalva, T. G.
Siqueira, “Comparação entre métodos de rastreamento do ponto de máxima potência para
sistemas fotovoltaicos sob condições de sombreamento parcial”, XXII Congresso Brasileiro de
Automática, CBA, 2018
6. K. B. de Melo, B. H. K. de Paula, M. K. da Silva, D. I. Narvaez, H. S. Moreira, T. G. Siqueira,
M. G. Villalva, “A study on the influence of locality in the viability of solar tracker systems”,
XXII Congresso Brasileiro de Automática, CBA, 2018
7. M. V. G. dos Reis, D. I. Narvaez, T. A. S. Barros, H. S. Moreira, M. G. Villalva, “Review of
anti-islanding methods for grid-tied photovoltaic inverters”, XXII Congresso Brasileiro de
Automática, CBA, 2018.
8. Marcos R. Fernandes, Rafael F. Souto, and João B. R. do Val “Filtragem de sistemas não
lineares: considerando a variação da estimativa como fonte de incerteza”,. In CBA 2018.
9. Marcos R. Fernandes, Rafael F. Souto, and João B. R. do Val, "Filtering of poorly known
systems: Estimation variations as source of uncertainty”, In CDC 2018.
10. Wesley A. de Souza, Fernando D. Garcia, Felipe L. Paes, Fernando P. Marafão, “Sistema de
Gerenciamento de Consumo Baseado em Medidores Cognitivos de Energia Elétrica”,
Congresso Brasileiro de Automática, 2018
11. Danilo Caldas, Angelo Mendonça, Flávio A. Serrão Gonçalves, Fernando P. Marafão,
“Aerogeradores full-converter frente aos novos procedimentos de rede do ons relativos a
distúrbios de frequência e tensão”, Congresso Brasileiro de Automática, 2018
12. Augusto Matheus dos Santos Alonso, Fernando Pinhabel Marafão, Danilo Iglesias Brandão,
Elisabetta Tedeschi, “Compensação distribuída de harmônicos em microrredes monofásicas de
baixa tensão”, Congresso Brasileiro de Automática, 2018
13. H.K.M. Paredes, J. de A. Olimpio Filho, A. M. dos Santos Alonso; J.P. Bonaldo; F. P. Marafão
“Filtro Ativo de Potência Trifásico para Compensação de Oscilações da Potência Instantânea”.
13th IEEE International Conference on Industry Applications (INDUSCON), 2018.
14. Almeida, F. A. F.; Goncalves, F. A. S.; Marafão, F. P.; Liberado, E. V. Compensação De
Energia Reativa Com SVC Em Rede De Baixa Tensão Com Gerador Distribuído Utilizando
Indicadores Da Teoria De Potência Conservativa. In: 13th IEEE/IAS International Conference
on Industry Applications, 2018, São Paulo.
15. T.D.C. Busarello, H. J. Lara Urdaneta, A. Péres, J.A. Pomilio, M.G. Simões, “Cluster
Formation Strategy as Ancillary Service of a Battery Storage System in a Secondary
Distribution System”, 2018 13th IEEE International Conference on Industry Applications
16. Costa, T.; Narvaez, D.; Kitayama, M.; Lopes, Davi; Villalva, M. An Analysis of Steady-state
and Transient Effects When Adding Photovoltaic Generator into the Power Distribution
System. 13th IEEE/IAS International Conference on Industry Applications – 2018.
17. Melo, K. B.; Reis, M. V. G.; Silva, M. K.; Villalva, M. G.; Souza, R. C. R. Comparative Study
of Methods to Evaluate Three Phase Induction Motors Loading. In: 13th IEEE International
Conference on Industry Applications (INDUSCON), 2018, São Paulo - SP.
18. Silva, J. L. S.; Moreira, H. S. ; Mesquita, D. B. ; Villalva, M. G. Analysis of Power Optimizers
in Photovoltaic Power Plant. In: 2018 13th IEEE International Conference on Industry
Applications, 2018, São Paulo - SP.
19. Narvaez, Dante Inga ; Reis, Marcos Vinicios Gomes Dos ; Villalva, Marcelo Gradella .
Bottom-up Design Methodology for a Hybrid AC/DC Microgrid with Energy Storage and
Photovoltaic Generating Units. In: 13th IEEE International Conference on Industry
Applications (INDUSCON), São Paulo. 2018
20. Campos, R. E.; Sako, E. Yoiti; Reis, M. V. Gomes Dos ; Villalva, M.Gradella. A Review of the
Main Methods to trace the I-V Characteristic Curve of PV Sources. In: 13th IEEE International
Conference on Industry Applications (INDUSCON), 2018, São Paulo.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
7
21. Maltione, Ricardo; Marcos Dos Reis, V. G.; Narvaez, Dante I.; Villalva, Marcelo Gradella ;
Kretly, Luiz Carlos . Small Size Inverters: Development Challenges for PV, Renewable Energy
Applications, as Well IoT, EMC, Lightning and Robustness Tradeoffs. In: 13th IEEE
International Conference on Industry Applications (INDUSCON), 2018, São Paulo.
22. Tiago Davi Curi Busarello; Jose Antenor Pomilio; Marcelo Godoy Simoes, “Design Procedure
for a Digital Proportional-Resonant Current Controller in a Grid Connected Inverter”, 2018
IEEE 4th Southern Power Electronics Conference (SPEC).
23. Caio dos Santos & C. Lyra, “Connecting a Cluster of Small Renewable Sources to a Power
System”, Aceito para apresentação e publicação nos Proceedings do “IEEE PES Innovative
Smart Grid Technologies Latin America 2019”, 15 a 18 de setembro de 2019, Paper 181, 6pg,
Gramado, RS, Brasil.
24. E. M. B. Cavalheiro & C. Lyra, “Optimal Configuration of Power Distribution Networks with
Small Intermittent Energy Sources”, Aceito para apresentação e publicação nos Proceedings do
“IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Latin America 2019”, 15 a 18 de setembro de
2019, Paper 210, 5pg, Gramado, RS, Brasil.
25. Caio dos Santos, Petra M. Bartmeyer & C. Lyra, “Allocation of Fault Indicators for Adaptive
Protection Schemes”, Aceito para apresentação e publicação nos Proceedings do “IEEE PES
Innovative Smart Grid Technologies Latin America 2019”, 15 a 18 de setembro de 2019, Paper
236, 6pg, Gramado, RS, Brasil.
26. T. Costa, D. Narvaez, K. Melo, M. Kitayama, M. Villalva. Study on the Addition of Solar
Generating and Energy Storage Units to a Power Distribution System. SEST 2019:
International Conference Smart Energy Systems and Technologies (aceito).
27. T. Costa, D. Narvaez, K. Melo, D. Pompermaier, M. Villalva. Optimum design of autonomous
PV-diesel-battery hybrid systems: case study at Tapajós-Arapiuns extractive reserve in Brazil.
2019 IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Latin America (ISGT LA) (aceito).
28. Melo, K. B.; Tavares, L. R.; Silva, M. K.; Villalva, M. G. Accuracy Analysis of Sun Position
Calculation Algorithms: Ineichen and SPA. In: Aceito para IEEE PES Innovative Smart Grid
Technologies Latin America (ISGT) 2019, Gramado - RS.
29. Fonseca, J. V. D.; Periera, L. A. A.; Moreira, A. C.; Guillardi Jr., H.; Liberado, E. V.; Paredes,
H. K. M.. Implementação de um medidor de potência baseado na CPC utilizando o sistema
embarcado myRIO. Aceito para o CBQEE 2019.
30. William Hertz Ganzenmuller, Flávio A. S. Gonçalves. Revisão de Sistemas de Carregamento
de Veículos Elétricos. Congresso Brasileiro de Qualidade de Energia Elétrica (CBQEE 2019)
(artigo aceito)
31. Silva, J. L. S.; Moreira, H. S.; Mesquita, D. B.; Cavalcante, M. M.; Villalva, M. G. Modular
Architecture with Power Optimizers for Photovoltaic Systems. In: Aceito em Smart Energy
Systems and Technologies, 2019, Porto - PT, 2019.
32. Melo, K. B.; Moreira, H. M.; Moreira, A. V. S.; Villalva, M. G. Influence of Backtracking at
Solar-Tracking Photovoltaic Power Plants for Generation and Protection. In: Aceito para 11th
International Conference on Applied Energy (ICAE) 2019, Västerås, Sweden.
Teses, dissertações e ICs encerradas no período:
Maique Correa Garcia. “Desenvolvimento de Plataforma de Hardware para pesquisas e
medição fasorial sincronizada - D-PMU” Dissertação de Mestrado, FEEC-Unicamp, junho de
2019, Orientador Daniel Dotta.
Felipe Leite Paes. Metodologia para desagregação de cargas em instalações residenciais através
de medidores cognitivos de energia. 2018. Dissertação de Mestrado em Engenharia Elétrica -
Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho. Orientador: Fernando P. Marafão.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
8
Danilo Martins Caldas (Mestrado). Título do Projeto: Análise da Integração de Usinas Eólicas
Através dos Requisitos Técnicos dos Procedimentos de Rede do ONS. Orientador: Prof. F. A.
S. Gonçalves
Marcella de Sant' Ana. Estudo e desenvolvimento de tecnologias para automação residencial
com foco na gestão de energia elétrica nas instalações. 2019. Iniciação Científica. (Graduando
em Engenharia de Controle e Automação) - Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita
Filho, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo. Orientador: F.P. Marafão.
Marcos Rogério Fernandes. Filtragem estocástica: variação da estimativa como fonte de
incerteza. Dissertação de mestrado, FEEC–UNICAMP, 2019. Orientador João Bosco Ribeiro
do Val
Elmer Lévano Huamaccto. Gerador estendido e estabilidade quase certa para processos de
difusão degenerados. Tese de doutorado, FEEC–UNICAMP, 2018. Orientador João Bosco
Ribeiro do Val
Bruno Fernandes de Oliveira. Estratégias de operação cooperativa de inversores
multifuncionais em redes de distribuição de energia. 2018. Iniciação Científica. (Graduando em
Engenharia de Controle e Automação) - Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita
Filho, Bolsa FAPESP, Orientador: Fernando Pinhabel Marafão.
Sophia Martins Braghetto Barillari (Iniciação Científica). Título do Projeto: Modelagem de
Inversores do tipo Fonte-Y para Sistemas de Microgeração. Agência de Fomento: CNPq.
Orientador: Prof. F. A. S. Gonçalves
Augusto Carvajal Quinaglia (Iniciação Científica). Estudo de viabilidade e análise de
implantação de “residências CC”. FAPESP. Orientador: Flávio Alessandro Serrão Gonçalves.
Lucas Arná Matos dos Santos (trabalho de conclusão de curso). Desenvolvimento De Sistemas
De Controle Digitais Baseados Em FPGA Para Conversores CC-CA Empregando Rede De
Impedância. Orientador: Flávio Alessandro Serrão Gonçalves
Thaís Berretini Bosco (trabalho de conclusão de curso). Estudo Comparativo de Algoritmos de
Aprendizado de Máquinas Para Análise de Desagregação de Cargas Elétricas. 2019. Trabalho
de Conclusão de Curso. Orientador: Flávio Alessandro Serrão Gonçalves.
Projetos/Bolsas FAPESP Vinculados (em vigência no período deste relatório)
1. 17/21087-8 - Estudo e implementação do controle e do gerenciamento energético de uma
microrrede em corrente contínua, com sistema de geração de energia elétrica a partir de
energia eólica, usando gerador elétrico de relutância variável,BP.DR (Orientador Prof. E.
Ruppert)
2. 17/24652-8 - Desenvolvimento de metodologia de controle cooperativo de geradores
distribuídos em microrredes de energia com múltiplas considerações de operação, BP.DR
(Orientador Prof. F. Marafão)
3. 17/25425-5 - Análise de metodologias baseadas em redes neurais artificiais para a
classificação de eventos usando Sincrofasores, BP.MS (Orientador Prof. D. Dotta)
4. 17/10476-3 - Desenvolvimento de metodologias para integração em sistemas de gestão da
distribuição na presença de fontes distribuídas de energia e medidores inteligentes, BP.DR
(Orientador Prof. W. Freitas)
5. 18/11643-3 - Estudo e desenvolvimento de tecnologias para automação residencial com foco
na gestão de energia elétrica nas instalações, BP.IC (Orientador Prof. F. Marafão) 6. 18/07375-3 - Operação de SEE com alta penetração de geração eólica, BE.PQ (Prof. Daniel
Dotta) 7. 18/13993-1 - Estudo da estabilidade sistêmica de rede elétrica com múltiplas fontes e cargas
controladas, BP.PD (PD de João I. Y. Ota, Orientador Prof. J. A. Pomilio)
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
9
8. 18/19601-8 - Análise comparativa dos algoritmos de sincronismo NRF-PLL e GDSC-
PLL, BP.IC (Orientador Prof. F. Marafão) 9. 18/24018-0 - Metodologias para a integração de medições de alta resolução no gerenciamento
dos sistemas modernos de distribuição de energia elétrica, BP.PD (PD de Ricardo T. Borges,
Orientador Prof. W. Freitas)
Participações de membros da equipe em eventos (com recursos do projeto):
1. 2º Encontro da Equipe de Pesquisa do Projeto Temático, 31 de julho de 2018,
FEEC/UNICAMP. Apresentação da Prestação de Contas parcial nº1; Relatório Científico
parcial nº 1; Perspectivas de colaborações internacionais e nacionais; Planejamento para o 2º
ano de atividades.
2. 23rd
International Symposium on Mathematical Programming, Bordeaux, France, 1-6 July,
2018. Participação com apresentação de trabalho.
3. 50o Simpósio Brasileiro de Pesquisa Operacional, 6 a 9 de agosto de 2018, Rio de Janeiro, RJ.
Participação com apresentação de trabalho.
4. 13th IEEE International Conference on Industry Applications (INDUSCON), outubro de 2018,
São Paulo, Brasil. Participações com apresentações de 8 artigos.
5. XXII Congresso Brasileiro de Automática, CBA, setembro de 2018, João Pessoa - PB.
Participações e apresentações de 10 trabalhos.
6. 57th
IEEE Conference on Control and Decision, dezembro 2018, participação e apresentação de
um artigo.
7. IEEE 4th Southern Power Electronics Conference (SPEC), dezembro de 2018, Cingapura,
participação com apresentação de um artigo.
8. FAPESP Week Belgium. Advances and Challenges on Cooperative Control of Distributed
Energy Gateways for Smarter Power Grids. 2018
9. 3º Encontro da Equipe de Pesquisa do Projeto Temático, 25 de julho de 2019,
FEEC/UNICAMP. Apresentação da Prestação de Contas parcial nº2; Relatório Científico
parcial nº 2; Perspectivas de colaborações internacionais e nacionais; Planejamento para o 3º
ano de atividades.
Seminários internos
Foram realizados três seminários internos, com difusão pela WEB e que estão disponíveis para
acesso:
Maique Correa Garcia, Agosto de 2018 - "Desenvolvimento de Unidade de Medição Fasorial
Sincronizada para Sistemas de Distribuição (D-PMU)"
Eliabe D. Queiroz Sept. 2018 – “System identification applied to microgrid stability studies” (in
Portuguese)
Joel F. Guerreiro Sept. 2018 “An approach to the design of Stable Distributed Energy
Resources” (in Portuguese)
Os dois últimos estão disponíveis na internet (links nos nomes dos apresentadores), enquanto o
material do primeiro está acessível na página do Projeto.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
10
Cooperações Internacional e Nacional
O Projeto conta com o apoio e colaboração dos seguintes pesquisadores no exterior:
Elisabetta Tedeschi, Norwegian University of Science and Technology, Norway.
Paolo Tenti, Leopoldo Rossetto, Simone Buso, Paolo Mattavelli, Giorgio Spiazzi: Power
Electronics Group, Department of Information Engineering, University of Padova, Italy.
Marcelo Godoy Simoes, Colorado School of Mines, USA.
Alessandro Costabeber, University of Nottingham, UK.
Tais colaborações têm resultado em publicações conjuntas (como é possível verificar pela
relação de publicações apresentada), em intercâmbios de pesquisadores, na realização de atividades de
pesquisa e divulgação, na troca de experiências técnicas e científicas, etc.
Colaboração com a Profa. Elisabetta Tedeschi deu origem a um processo de cotutela de aluno
de doutorado em tema relacionado ao projeto. Desta forma, o doutorando Augusto Matheus
dos Santos Alonso, bolsista FAPESP, viajou no início de junho de 2019 para um estágio de
um ano na NTNU, como parte do programa de duplo diploma estabelecido entra a UNESP e
a NTNU. Tal intercâmbio tem financiamento de bolsa BEPE da FAPESP. Considera-se tal
processo extremamente importante, não apenas para a formação do doutorando em questão,
mas especialmente para a internacionalização do projeto temático e dos trabalhos
desenvolvidos.
Proposição de um projeto na chamada conjunta entre a FINEP e o RCN (agência
correspondente na Noruega). Tal projeto é centrado no tema de plataformas inteligentes de
petróleo, no âmbito do sistema elétrico das plataformas. Tal proposta da UNESP tem o Prof.
Marafão como coordenador brasileiro, contanto com outros pesquisadores da UNESP e
colaboradores da UFMG e da UFSC, e apoio da Petrobras e da SAFT Brasil. No lado
norueguês, além da NTNU, o projeto conta com a participação da Equinor e ABB. O projeto
foi classificado em quarta colocação na chamada e aguarda finalização dos prazos processuais
para saber se será ou não financiado. Independentemente do resultado de tal chamada, outras
opções para consolidação desta parceria têm sido discutidas e outras propostas serão
submetidas no segundo semestre de 2019.
Ressaltam-se ainda:
Estágio de pesquisa na Colorado School of Mines (Estados Unidos): “Desenvolvimento
de técnicas de compensação e metodologias para análise da qualidade de energia dos
modernos sistemas de distribuição”, Prof. Dr. Helmo Kelis Morales Paredes, Anfitrião:
Prof. Dr. Marcelo Godoy Simoes.
Bolsa BEPE/FAPESP junto à Universidade de Aalbrog, Dinamarca, para
desenvolvimento do projeto “Estudo e implementação do controle e do gerenciamento
energético de uma microrrede em corrente contínua, com sistema de geração de energia
elétrica a partir de energia eólica, usando gerador elétrico de relutância
variável”. Doutorando: Pedro José dos Santos Neto, orientado pelo prof. Ernesto Ruppert
Filho e sendo supervisor Internacional: Prof. Dr. Josep Guerrero.
Proposição de projeto SPRINT/FAPESP, para intercâmbio de pesquisadores, com a Royal
Melbourne Institute of Technology (RMIT), da Austrália: “Collaboration on Research and
Development of Smart Electrical Grids”
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
11
Summary Extensive research work has been conducted in the last decade into the paradigm change of
smart grids. A central part of this vision is the microgrid, i.e. a local combination of small-scale
generators and loads that are clustered together to operate either grid-connected or islanded as a
stand-alone power grid. Microgrids have the potential to provide improved supply reliability, and
reduced distribution losses due to the proximity of the local generation sources and loads. This
ATN/FAPESP collaboration aims to develop and exchange knowledge and skills on topics
related to microgrids, including converter topologies, modeling and control synthesis, stability
analysis, communication and coordination, as well as the design, construction, and operation of a
laboratory microgrid facility. This aim is strongly aligned to the goals of the FAPESP Thematic
Grant 16/08645-9 (Interdisciplinary Research Activities in Electric Smart Grids) and ARC
Discovery Grant GA2248 (Advanced Inverter Control for Distributed Energy Systems).
Collaboration Team
ATN/RMIT
Principal Investigator Dr. Carlos Teixeira, Lecturer
Co-principal Investigators Dr. Grahame Holmes, Innovation Professor, Smart Energy Systems
Dr. Brendan McGrath, Associate Professor and Discipline Leader
Associate Researchers Dr. Lasantha Meegahapola, Senior Lecturer
Dr. Inam Nutkani, Lecturer
Dr. Kazi Hasan, Lecturer
FAPESP
Principal Investigator Prof. Dr. José Antenor Pomilio, Unicamp
Associate Researchers Prof. Dr. Alfeu Joãozinho Sguarezi Filho, UFABC
Prof. Dr. Flávio Alessandro Serrão Gonçalves, UNESP/Sorocaba
Prof. Dr. Daniel Dotta, Unicamp
Dr. João Inácio Y. Ota, Postdoctoral Researcher, Unicamp
Em 2018 foram realizadas visitas acadêmicas e científicas em laboratórios de pesquisa e
desenvolvimento da Swinburne University of Technology, em Melbourne, Austrália. Tais
atividades foram descritas no relatório antenrior. Foi proposto um projeto SPRINT que,
entretanto, não foi aprovado pela Swinburne University. No entanto, continua-se interagindo
com os pesquisadores daquela Universidade, em particular com o Professor Ryszard Kowalczyk,
Wipro Chair of Artificial Intelligence, diretora da Swinburne Key Lab for Intelligent Software
Systems da School of Software and Electrical Engineering. Para 2020, está prevista uma visita de
longa duração como parte das atividades de um ano sabático do PA Prof. Dr. Leonardo Souza
Mendes na Swinburne University.
Em termos de parcerias acadêmicas nacionais, as colaborações têm ocorrido com os seguintes
docentes/pesquisadores e instituições:
Prof. Dr. Danilo Iglesias Brandão, Departamento de Engenharia Elétrica, UFMG;
Prof. Dr. Tiago Davi Curi Busarello, Campus de Blumenau, UFSC;
Prof. Dr. Jakson Paulo Bonaldo, UTFPR e, atualmente na UFMT;
Prof. Dr. João Onofre Pereira Pinto, UFMS.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
12
Em termos de parcerias industriais o LabREI recebeu a doação de um inversor fotovoltáico
da empresa PHB Solar. A empresa SEW Eurodrive desenvolveu dois sistemas de posicionamento de
painéis fotovoltaicos como suporte às pesquisas o PA Prof. Dr. Marcelo Gradella Villalva. Aém disso,
através de apoio ao Prof. José A. Pomilio, tem subsidiado o desenvolvimento de um módulo inversor
de alto desempenho.
Em termos de parcerias institucionais, é importante ressaltar a interação dos pesquisadores do
ICTS/UNESP no sentido de dar suporte técnico a diversos grupos de trabalho atuantes na cidade de
Sorocaba, buscando fomentar a criação do Arranjo Produtivo Local (APL) em Energias
Renováveis da Região de Sorocaba. O APL conta com o apoio de diversas secretarias e agências de
Estado e Federais, e a previsão é que o APL seja oficialmente constituído entre Agosto e Setembro de
2019, estando atualmente na fase de minuta de estatuto e fichas de participação.
O projeto P&D ANEEL da CPFL Energia referente ao “Campus Eficiente” da Unicamp,
possibilitou a instalação de 18 kWp através de 55 painéis fotovoltaicos cuja conexão com a rede física
se dá através de um quadro elétrico no LabREI, contando com um inversor trifásico e um bifásico.
Uma chave permite fazer a conexão diretamente com a rede da FEEC (quando a rede experimental não
estiver ativada) ou através da rede do LabREI, conectando os inversores em qualquer das barras.
Vista parcial dos painéis fotovoltaicos instalados na FEEC e que alimentam a rede experimental do LabREI
Está em fase final de assinatura (com previsão de início de atividades em janeiro de 2020) um
projeto de P&D ANEEL, envolvendo CPFL Energia, State Grid/CEPRI (Chinese Electric Power
Research Institute), UNICAMP, UFMA e IATI. Trata-se do primeiro projeto de Redes Inteligentes da
CPFL e que se adéqua perfeitamente aos objetivos deste projeto Temático e à infraestrutura
disponibilizada pelo LabREI.
Este projeto da CPFL prevê diversos níveis de aplicações de redes inteligentes CC e CA, em
níveis crescentes de potência. Assim, está prevista a implantação em uma área do campus (envolvendo
vários edifícios) de uma microrrede experimental “real” com potência de 1 MVA.
Observe-se que este é o estágio imediatamente seguinte ao que se propõe este projeto,
especialmente no que concerne o LabREI, que é uma rede plenamente acadêmica. A possibilidade de
verificar o comportamento de uma rede com cargas e usuários reais, mas ainda plena de possibilidades
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
13
de medições e de intervenções programadas é uma grande oportunidade de verificação dos resultados
perscrutados nas pesquisas vinculadas ao Projeto.
Para além desta rede experimental está prevista uma ampliação para redes comunitárias reais,
incluindo sistemas de armazenamento de energia com baterias e volantes e geração distribuída de
diferentes naturezas.
Visita de comitiva do CEPRI ao LabREI (julho de 2019)
Para o terceiro ano do projeto está previsto o início uma cooperação com o Centro Tecnológico
para a Informática “Renato Archer” (CTI) para estudos de técnicas de Power Line Communication
(PLC) na rede experimental.
A página internet do Projeto, com versões em português e inglês, está disponível em:
https://www.fee.unicamp.br/lab-rei
Constantemente em construção, a página traz informações iniciais sobre os objetivos e a
infraestrutura disponível, bem como indica as produções realizadas (com link para as mesmas),
tornando imediato o acesso aos resultados decorrentes do projeto.
Com a finalização das instalações e o desenvolvimento do sistema de configuração dos
equipamentos, serão definidos os critérios para uso das facilidades a usuários externos.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
14
Relatório Parcial nº 2 Julho de 2018 a Junho de 2019
A seguir são apresentados, de forma sucinta, resultados referentes às várias frentes de pesquisa.
Pesquisas em Eletrônica de Potência e Condicionamento de Energia Elétrica
Atividades em sistemas de controle para conversores eletrônicos de potências empregados na
conexão de fontes renováveis Doutorando Ângelo S. Lunardi
Orientador Prof. Dr. Alfeu J. Sguarezi Filho
Neste item estão sendo abordadas técnicas de controle com objetivo de injetar as potências ativa
e reativa desejadas na rede elétrica e a reconfiguração de redes de distribuição.
A primeira abordagem trata-se do projeto das matrizes de ponderação de um controlador
preditivo baseado no modelo aplicado no controle das correntes rotóricas do gerador de indução
duplamente alimentado com o emprego de técnicas de otimização de forma a melhorar o desempenho
do sistema com emprego da predição de espaço de estados. Algoritmos genéticos (AGs) demonstraram
seu potencial em encontrar boas soluções para problemas complexos. No entanto, o AG em sua forma
original não possui um mecanismo para lidar com restrições. Desta forma, um método para ajustar o
MPC com base em um novo AG restrito é proposto. Desta forma, o método permite uma boa solução
para as matrizes de ponderação com requisitos máximos predeterminados, como o máximo de
overshoot e tempo de acomodação.
A outra abordagem é resolver o problema de reconfiguração da rede de distribuição (RRD),
visando a minimização das perdas reais de energia. Por ser um problema que tem complexidade para
sua solução, técnicas aproximadas são adequadas para resolvê-lo. Nesse caso é estudada uma técnica
baseada na metaheurística vaga-lume, denominada algoritmo seletivo do pirilampo, onde o
posicionamento desses insetos é comprimido em uma faixa seletiva de valores. O algoritmo é aplicado
ao RRD, e toda a sua implementação e adequação ao problema estudado são apresentadas. Para definir
o espaço de busca, a metodologia apresentada inicialmente considera um conjunto de chaves
candidatas para abertura com base na análise de malha dos sistemas estudados. Para reduzir essas
possibilidades, um refinamento através de um critério de análise de fluxo de carga (LFAC) é proposto.
Para demonstrar o comportamento e a viabilidade do LFAC, ele foi aplicado inicialmente em um
sistema de 5 barras e 7 ramais. Além disso, para evitar ficar preso em resultados que podem não ser
considerados bons, um distúrbio que redefine a população é definido para ocorrer toda vez que um
contador atinge um número predefinido de vezes que a melhor solução não muda. Resultados
encontrados para simulações com 33, 70 e 84 barramentos são apresentados e comparações com
otimização seletiva por enxame de partículas e algoritmo seletivo de morcego foram feitas.
Publicações
C. Gerez, L. I. Silva, E. A. Belati, A. J. Sguarezi Filho and E. C. M. Costa, "Distribution Network
Reconfiguration Using Selective Firefly Algorithm and a Load Flow Analysis Criterion for Reducing
the Search Space," in IEEE Access, vol. 7, pp. 67874-67888, 2019.
doi: 10.1109/ACCESS.2019.2918480
Lucas L. Rodrigues; Alain S. Potts; Omar A. C. Vilcanqui; Alfeu J. Sguarezi Filho. Tuning a model
predictive controller for doubly fed induction generator employing a constrained genetic algorithm. IET
Electric Power Applications, Volume 13, Issue 6, June 2019, p. 819 – 826, DOI: 10.1049/iet-
epa.2018.5922.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
15
Estudo e simulação de sistemas híbridos a partir de fonte fotovoltaica para aplicação autônoma e
conectada à rede
Mestranda: Tatiane Silva Costa
Orientador: Prof. Marcelo Gradella Villalva
No Brasil, a prática de sistemas híbridos (SHEs) para geração de energia é bastante encontrada
em áreas isoladas caracterizadas pelas minirredes para abastecimento de comunidades que sempre
contam com um grupo gerador a diesel em conjunto com sistemas fotovoltaicos ou eólicos. Com o
processo de popularização dos sistemas conectados à rede, uma das principais tendências tecnológicas
que acompanham esse processo têm sido as instalações de produção de energia renovável com ativos
de armazenamento de energia, além do uso de veículos elétricos. Assim, os SHEs começarão a ganhar
espaço no ambiente com disponibilidade do sistema interligado. Particularmente os estados da
Califórnia com o Programa de Incentivo de Autogeração e o Hawaii apresentam suas primeiras
instalações dos EUA. O Reino Unido e Alemanha saem a frente como pioneiras dessas atividades na
Europa. O país alemão demandando cerca de 120.000 instalações com armazenamento de energia
fomentado por políticas governamentais do Ministério Federal da Economia e Energia, outros países
como Japão, China e Austrália estão entre os países com forte mercado para incentivar as novas
aplicações conectadas a rede com sistemas de armazenamento de energia e geração renovável. Em
2018 o país líder em implantação de sistemas de armazenamento de energia foi a Coreia, seguida pela
China, Estados Unidos e Alemanha.
A pesquisa do mestrado tem por objetivo o estudo e simulação de sistemas híbridos a partir de
fonte fotovoltaica para aplicação autônoma com o estudo de caso de um sistema fotovoltaico-diesel na
Reserva Extrativista Tapajós-Arapiuns na região amazônica e um sistema fotovoltaico-bateria-rede
para suprir a carga de veículo elétrico para transporte público.
As simulações demonstram as características, desempenho, estratégias de despacho com baterias,
geradores a diesel e rede elétrica. Além da modelagem dos perfis de carga, aliado a previsão dos
recursos energéticos disponíveis para cada fonte. Entre os resultados estão os balanços de energia
anuais que poderão ser utilizados para o planejamento, gerenciamento e eficiência das fontes e do
consumo das cargas.
Artigos
Costa, Tatiane; Narvaez, Dante; Kitayama, Michelle; Lopes, Davi; Villalva, Marcelo. Na Analysis of
Steady-state and Transiente Effects When Adding Photovoltaic Generator into the Power Distribution
System. 13th IEEE/IAS International Conference on Industry Applications – INDUSCON, 2018.
(publicado)
T. Costa, D. Narvaez, K. Melo, M. Kitayama, M. Villalva. Study on the Addition of Solar Generating
and Energy Storage Units to a Power Distribution System. SEST 2019: International Conference Smart
Energy Systems and Technologies (aceito).
T. Costa, D. Narvaez, K. Melo, D. Pompermaier, M. Villalva. Optimum design of autonomous PV-
diesel-battery hybrid systems: case study at Tapajós-Arapiuns extractive reserve in Brazil. 2019 IEEE
PES Innovative Smart Grid Technologies Latin America (ISGT LA) (aceito).
Estudo de Algoritmos de Cálculo da Posição Solar Aplicados a Sistemas de Geração Fotovoltaica
Mestranda: Karen Melo
Orientador: Prof. Marcelo Gradella Villalva
A fim de reduzir as emissões de gases de efeito estufa e a dependência de combustíveis fósseis, a
energia solar está sendo cada vez mais utilizada. No entanto, uma desvantagem que limita a
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
16
competitividade desta fonte de energia é a baixa eficiência de conversão dos painéis fotovoltaicos.
Essa desvantagem pode ser minimizada com a utilização de seguidores solares, que proporcionam um
ganho de geração de energia ao manter os painéis fotovoltaicos perpendiculares à irradiância direta na
maior parte do tempo.
Além disso, sistemas com seguidores solares utilizam menor área para produzir a mesma
quantidade de energia que sistemas fotovoltaicos com painéis fixos. Porém os custos de equipamentos
e de manutenção também aumentam.
Os seguidores solares são normalmente classificados na literatura de acordo com seu grau de
liberdade e sua tecnologia de rastreamento. Quanto ao seu grau de liberdade, podem ser de um eixo e
de dois eixos. Os seguidores solares de um eixo possuem somente um eixo de rotação, normalmente
fazem o rastreamento do sol de leste a oeste. Os seguidores solares de dois eixos possuem dois eixos
de rotação e conseguem fazer o rastreamento do sol tanto de leste a oeste quanto de norte a sul. No
Brasil, os mais utilizados são os de eixo único horizontal, por serem os mais viáveis economicamente.
O rastreamento da posição do sol resulta em um ganho de produção de energia de 25% quando
são utilizados seguidores solares de um eixo, e de 35% quando são utilizados seguidores solares de
dois eixos, dependendo da configuração do sistema e da localidade de instalação.
Conforme a tecnologia de rastreamento adotada, os seguidores solares podem ser denominados
de passivos e ativos. Os seguidores solares passivos são projetados para rastrear o sol sem a utilização
de dispositivos eletrônicos, usufruindo principalmente do efeito térmico.
Seguidores solares ativos utilizam motores elétricos ou mecanismos de engrenagem para a
realização do rastreamento solar. Esses dispositivos, ao contrário dos seguidores solares passivos,
consomem energia para garantir o seu funcionamento, porém proporcionam um ganho maior de
produção de energia. Sua utilização não é recomendada em sistemas de menor escala, devido às perdas
do sistema responsável pelo movimento do eixo dos painéis fotovoltaicos, que, nesse caso, são
significativas. Estima-se que o consumo de energia de um sistema de rastreamento de seguidores
solares ativos é equivalente a 2-3% do aumento de energia.
Para detectar a posição do sol, os seguidores solares ativos podem dispor de microprocessadores
e sensores ópticos, algoritmos baseados em data e hora, ou uma combinação de ambos.
A estratégia de rastreamento baseada em data e hora é a mais utilizada em usinas. Essa estratégia
dispõe de um computador ou processador que calculam a posição do sol por meio de algoritmos que
utilizam data, hora e informações geográficas da instalação como dados de entrada.
Existem vários algoritmos de cálculo da posição do sol disponíveis na literatura e eles variam,
principalmente, em precisão, complexidade e tempo de validade. O que dita a necessidade de
algoritmos com maior ou menor precisão, é a aplicação. Sistemas Fotovoltaicos de Concentração
necessitam de algoritmos com precisão da ordem de 0.01º, enquanto instrumentos de medição, como
pireliômetros, necessitam de algoritmos de precisão maior ainda.
Os sistemas de geração fotovoltaica toleram erros de alguns graus sem perda significativa de
geração de energia, porém é importante avaliar o quanto a precisão do algoritmo influencia nas perdas.
Para tal fim, nesta pesquisa, foi realizada uma análise estatística de seis algoritmos. Também foram
realizadas simulações de estimativa de geração de energia com a utilização desses seis algoritmos no
rastreamento do sol. Um deles é o Solar Position Algorithm (SPA), o algoritmo mais conhecido na
literatura por possuir melhor precisão. Os demais algoritmos são os cinco propostos por Grena. Artigos publicados em congressos
MELO, K. B.; PAULA, B. H. K.; SILVA, M. K.; NARVAEZ, D. I.; MOREIRA, H. S.; SIQUEIRA, T.
G.; VILLALVA, M. G. A Study on the Influence of Locality in the Viability of Solar Tracker
Systems. In: XXII Congresso Brasileiro de Automática (CBA), 2018, João Pessoa - PB.
MELO, K. B.; REIS, M. V. G.; SILVA, M. K.; VILLALVA, M. G.; SOUZA, R. C. R. Comparative
Study of Methods to Evaluate Three Phase Induction Motors Loading. In: 13th IEEE International
Conference on Industry Applications (INDUSCON), 2018, São Paulo - SP.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
17
Artigo aceito em congresso
MELO, K. B.; TAVARES, L. R.; SILVA, M. K.; VILLALVA, M. G. Accuracy Analysis of Sun
Position Calculation Algorithms: Ineichen and SPA. In: IEEE PES Innovative Smart Grid
Technologies Latin America (ISGT) 2019, Gramado - RS.
MELO, K. B.; MOREIRA, H. M.; MOREIRA, A. V. S.; VILLALVA, M. G. Influence of
Backtracking at Solar-Tracking Photovoltaic Power Plants for Generation and Protection. In:
11th International Conference on Applied Energy (ICAE) 2019, Västerås, Sweden.
Otimizador de Potência para sistemas fotovoltaicos conectados à rede
Mestrando: João Lucas de Souza Silva
Orientador: Prof. Marcelo Gradella Villalva
Durante o processo de geração de energia elétrica a partir de um sistema fotovoltaico é comum
existir perdas devido a condições não-uniformes como sombreamento, sujeira, temperatura, entre
outros. Neste ensejo, novas topologias e dispositivos são estudados e projetados para compensar e/ou
reduzir as perdas. Um desses dispositivos é o Otimizador de Potência para Sistemas Fotovoltaicos
(POPS) que têm sido uma opção por trabalhar buscando sempre a máxima eficiência do módulo
fotovoltaico individualmente. Sua função é feita com base em um conversor CC/CC e um sistema de
controle com rastreamento do ponto de máxima potência (MPPT) alocado a cada módulo fotovoltaico
de um sistema. Em virtude da limitação e ausência de estudos referentes a otimizadores para sistemas
fotovoltaicos, o trabalho realiza um estudo sobre POPS e analisa o desempenho de sua aplicação. Para
tanto, serão realizadas simulações da aplicação de modelos de POPS disponíveis no mercado em
sistemas fotovoltaicos sob condições diversas e em diferentes locais, em seguida, o projeto e
desenvolvimento de um POPS com algoritmo para sombreamento parcial, já que os dispositivos atuais
têm como um dos desafios atuar em situações de sombreamento parcial. Deste modo, os resultados
parciais do projeto em simulações no software PV*SOL mostraram um bom desempenho em sistemas
com POPS comparado a arquitetura fotovoltaica convencional; já quanto ao desenvolvimento do
POPS, o conversor CC/CC projetado, apresentou uma maior extração de potência dos módulos
fotovoltaicos em comparação ao sistema convencional simulados em PSIM, remanescendo a
montagem e testes de um protótipo experimental. Destarte, espera-se preencher uma lacuna existente
na literatura, descrevendo o funcionamento, características e aplicações de POPS.
A Figura 1 apresenta um exemplo da limitação existente quando ocorre um sombreamento em
um módulo fotovoltaico (FV) em um sistema convencional e a diferença em comparação com um
sistema com POPS. Na Figura 1-A existe um sistema em condições uniformes trabalhando na máxima
potência para o conjunto de módulos FV, com SMPPT (Single MPPT - MPPT Único), que é o modo
de funcionamento de um inversor convencional. Na Figura 1-B, a corrente dos demais módulos é
reduzida para o valor da menor corrente, reduzindo a máxima potência. Já na Figura 1-C, com um
sistema de DMPPT (MPPT distribuído), como é o caso de um sistema com POPS ou microinversor, o
módulo FV com menor corrente não impacta sobre os outros dois, permitindo produzir uma maior
potência. É válido destacar que outros fatores podem reduzir a corrente de um módulo FV como
mismatch, sujeira, degradação, e entre outros, sendo melhorado com uso de POPS.
Como POPS é uma tecnologia recente, a literatura ainda não apresenta trabalhos abrangentes,
mas percebe-se que o tema vem ganhando cada vez mais atenção e espaço devido seu potencial,
principalmente, em situações de condições não-uniformes em sistemas FV.
Artigos Publicados:
SILVA, J. L. S.; MOREIRA, H. S. ; MESQUITA, D. B. ; VILLALVA, M. G. Analysis of Power
Optimizers in Photovoltaic Power Plant. In: 2018 13th IEEE International Conference on Industry
Applications (INDUSCON), 2018, São Paulo - SP. INDUSCON, 2018.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
18
Artigos Aceitos:
SILVA, J. L. S.; MOREIRA, H. S. ; MESQUITA, D. B. ; REIS, M. V. G.;VILLALVA, M. G. Study of
Power Optimizers for grid-connected photovoltaic systems in IEEE transactions Latin-America.
SILVA, J. L. S.; MOREIRA, H. S. ; MESQUITA, D. B. ; CAVALCANTE, M. M.; VILLALVA, M. G.
Modular Architecture with Power Optimizers for Photovoltaic Systems. In: 2019, Smart Energy
Systems and Technologies, 2019, Porto - PT, 2019.
Estudo de Técnicas de Rastreamento de Máxima Potência Tolerantes a Sombras para Sistemas
Fotovoltaicos
Projeto de Mestrado de Hugo Soeiro Moreira
Orientador: Prof. Marcelo Gradella Villalva
A geração energética de um arranjo fotovoltaico varia com o passar do dia. A sua geração é
dependente da irradiância incidente sobre os módulos fotovoltaicos e da temperatura na qual está o
arranjo. Apesar das curvas I-V e P-V variarem com as mudanças nos níveis de irradiância e
temperatura, a curva I-V permanece no mesmo formato e a curva P-V continua apresentando apenas
um pico. Entretanto, em alguns momentos o arranjo fotovoltaico pode estar parcialmente sombreado,
fazendo com que receba mais de um nível de irradiância ou apresente temperaturas diferentes em seus
módulos. Esse sombreamento pode ser causado por diferentes razões: passagem de nuvens,
construções próximas, galhos ou objetos trazidos pelo vento, sujeira deixada por animais, e por outros
módulos. É comum em usinas fotovoltaicas montadas com fileiras de módulos, chamadas de sheds,
que, ao amanhecer e ao anoitecer, uma fileira cause um sombreamento parcial à outra.
Quando um módulo ou arranjo fotovoltaico é parcialmente sombreado, pontos quentes
(hotspot’s) podem ser gerados. Esses pontos quentes são prejudiciais para as células, podendo
danificá-las, por isso, são instalados diodos de bypass em paralelo a certa quantidade de células,
fazendo com que a corrente elétrica tenha um caminho alternativo em caso de sombreamento parcial.
Esse caminho alternativo faz com que um arranjo sob condições de sombreamento parcial (partially
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
19
shading conditions - PSC) apresentem uma curva I-V com múltiplos joelhos e uma curva P-V com
múltiplos picos.
Dentre esses múltiplos picos presentes na curva P-V, apenas um é o máximo global. As
técnicas tradicionais utilizadas de rastreamento do ponto de máxima potência (maximum power point
tracking - MPPT) não conseguem diferenciar máximos locais de máximos globais.
Figura 1: String fotovoltaica parcialmente sombreada e suas curvas I-V e P-V
Para fazer o estudo de sistemas e conversores fotovoltaicos, é necessária uma modelagem que
consiga apresentar o comportamento de uma célula, módulo ou arranjo fotovoltaico próxima da
realidade. Existem na literatura muitos modelos matemáticos com diferentes níveis de complexidade,
precisão e velocidade de processamento. Entretanto, essas modelagens consideram que o arranjo está
sob condições uniformes de irradiância e temperatura. Trabalhos presentes na literatura investigam o
efeito do sombreamento parcial na modelagem.
Caso um sistema fotovoltaico fique trabalhando em um máximo local, a perda de potência
gerada pode ser grande, acima de 90 %. Por isso, muitos trabalhos na literatura estudam técnicas de
MPPT para sistemas sob PSC.
A pesquisa tem como objetivo o estudo de uma modelagem fotovoltaica que represente um
arranjo fotovoltaico com módulos ligados em série e paralelo sob quaisquer condições climáticas, tanto
uniformes quanto de sombreamento parcial. Outro objetivo é o estudo de técnicas de MPPT tolerantes
a sombras, ou seja, que encontrem o ponto de máxima potência global. Após o estudo, essas técnicas
são testadas sob diferentes padrões de sombreamento. Esses testes são feitos em simulação pelo
software PSIM® e em uma bancada experimental no Laboratório de Eletrônica de Potência – LEPO.
Resultados
Para chegar à modelagem fotovoltaica desenvolvida no projeto, foram estudados os três
principais circuitos elétricos que representam uma célula fotovoltaica. A modelagem que utiliza uma
combinação do método de Patel e Agarwal com o modelo de Villalva apresentou os melhores valores
de proximidade em comparação com dados de curvas reais.
Com a compreensão de como se comporta um sistema fotovoltaico sob PSC, diferentes
métodos de MPPT foram testados via simulação e foram implementados em uma bancada
experimental de um inversor monofásico de dois estágios. Os métodos de MPPT para PSC testados
foram: Número de diodos de bypass; Linhas de carga; Sequência de Fibonacci; PSO; Algoritmo dos
vagalumes; e Colônia de abelhas. Os parâmetros analisados foram: Potência gerada; Eficiência;
Energia perdida durante a busca; Tempo de busca. O método de rastreamento pela sequência de
Fibonacci que utiliza razões entre passos de busca pelo máximo global de acordo com os valores da
sequência de Fibonacci.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
20
Figura 2: Comparação da modelagem fotovoltaica com um sistema real sob PSC
Os seguintes artigos foram publicados:
XXII Congresso Brasileiro de Automática – CBA – 2018: Comparação entre Métodos de
Rastreamento do Ponto de Máxima Potência para Sistemas Fotovoltaicos sob Condições de
Sombreamento Parcial
XIII International Conference on Industry Applications – INDUSCON – 2018: Experimental
Analysis of Photovoltaic Modeling for Partially Shading Conditions
Os seguintes artigos foram aceitos para publicação:
XI International Conference on Applied Energy – ICAE – 2019: Influence of Backtracking at
Solar-Tracking Photovoltaic Power Plants for Generation and Protection
II International Conference on Smart Energy Systems and Technologies – SEST – 2019:
Comparison of Artificial Intelligence
Estudo e desenvolvimento de técnicas de detecção de ilhamento para sistemas de geração
distribuída com elevada concentração de inversores
Doutorando: Marcos Vinicios Gomes dos Reis
Orientador: Prof. Marcelo Gradella Villalva
Inversores fotovoltaicos extraem a máxima potência dos painéis PV e fornecem essa potência
gerada para as cargas locais [1]. Esse processo de extração e fornecimento de potência deve ocorrer
apenas quando a rede elétrica da concessionária estiver em operação normal [2]. Caso contrário, o
inversor deve imediatamente interromper esse processo, impedindo que se forme uma ilha energizada
sem controle direto da concessionária. Os principais malefícios da formação de uma ilha energizada
são: riscos à vida para os funcionários que fazem a manutenção da rede elétrica e falta de garantia que
as residências isoladas com os inversores fotovoltaicos estejam recebendo energia de qualidade [2].
A Figura 1 mostra o ilhamento de 1 inversor fotovoltaicos na perda da rede elétrica da
concessionária, o nível de tensão se manteve inalterado e a frequência de operação ficou em torno de
60 Hz. Nesse experimento em bancada, mostrou que as cargas isoladas se mantiveram energizadas
apenas com o inversor fotovoltaico, situação indesejada. Para evitar que esses problemas citados
ocorram na transição da operação normal da rede elétrica para a sua ausência, várias técnicas de
detecção dessa transição foram desenvolvidas: chamadas de métodos de detecção de ilhamento [1-2].
Os métodos de detecção de ilhamento são normalmente embutidos na eletrônica do inversor
fotovoltaico e utilizam algum parâmetro da rede elétrica para identificar possíveis falhas [1-2]. Os
métodos existentes são suficientes para desconectar o inversor fotovoltaico na maioria das situações de
falha. Porém, quando se tem o aumento de inversores na rede elétrica, conhecido por alta penetração
de inversores, interações podem ocorrer de forma que o método de detecção de ilhamento falhe ou
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
21
cause falsas detecções [1-2]. Por isso, o objetivo principal dessa pesquisa de Doutorado consiste em
buscar alternativas para aumentar a robustez dos inversores fotovoltaicos quando se tem múltiplos
inversores conectados no mesmo ponto de conexão.
Para alcançar tal objetivo, foi desenvolvida uma plataforma experimental de testes com quatro
inversores em paralelo, apresentada na Figura 2. Nela estão sendo avaliados métodos de detecção
propostos na literatura para identificar possíveis melhorias e desenvolver um método de detecção que
consiga detectar situações de falhas quando se tem alta penetração de inversores.
Figura 1 – Ilhamento do inversor fotovoltaico, quando a rede elétrica da concessionária se desconectou por
uma possível falha.
Figura 2 – Plataforma experimental desenvolvida para testes de métodos de detecção de ilhamento.
Artigos publicados em congressos
Moreira, H. S.; Reis, M. V. G. ; Melo, K. B. ; Silva, M. K. ; Villalva, M. G. ; Siqueira, T. G.
“Comparação entre Métodos de Rastreamento do Ponto de Máxima Potência para Sistemas
Fotovoltaicos sob Condições de Sombreamento Parcial”. In: Congresso Brasileiro de Automática, 2018,
João Pessoa.
Reis, M. V. G.; Narvaez, D. I. ; Barros, T. A. S.; Moreira, H.S; Mesquita, D. B. ; Villalva, M. G.
Review of Anti-islanding Methods for Photovoltaic Grid-tied Inverter. In: Congresso Brasileiro de
Automática, 2018, João Pessoa.
Melo, K. B. De ; Reis, M. V. G. Dos ; Silva, M. K. Da ; Villalva, Marcelo G. ; Souza, R. C. R.
Comparative Study of Methods to Evaluate Three Phase Induction Motors Loading. In: 2018 13th IEEE
International Conference on Industry Applications (INDUSCON), 2018, São Paulo.
Narvaez, D. I.; Reis, M. V. G. Dos ; Villalva, Marcelo G. Bottom-up Design Methodology for a Hybrid
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
22
AC/DC Microgrid with Energy Storage and Photovoltaic Generating Units. In: 2018 13th IEEE
International Conference on Industry Applications (INDUSCON), 2018, São Paulo.
Campos, R.L E.; Sako, E. Y.; Reis, M. V. G. Dos ; villalva, m. G. . A Review of the Main Methods to
trace the I-V Characteristic Curve of PV Sources. In: 2018 13th IEEE International Conference on
Industry Applications (INDUSCON), 2018, São Paulo.
Maltione, Ricardo ; Marcos Dos Reis, V. G. ; Narvaez, Dante I. ; Villalva, Marcelo G. ; Kretly, Luiz C.
Small Size Inverters: Development Challenges for PV, Renewable Energy Applications, as Well IoT,
EMC, Lightning and Robustness Tradeoffs. In: 2018 13th IEEE International Conference on Industry
Applications (INDUSCON), 2018, São Paulo.
Estudo e desenvolvimento de técnicas de controle para conversores de potência em microrrede
híbrida CA-CC com armazenamento de energia e geração solar fotovoltaica
Doutorando: Dante Inga Narváez
Orientador: Prof. Marcelo Gradella Villalva
O diagrama de blocos da microrrede híbrida CC-CA a ser analisada é mostrado na Figura. A
microrrede CA é formada por cargas em CA, um conversor de bateria CC/CA de dois estágios e um
conversor CC/CA de estágio único que se comporta como uma interface com o outro subsistema (atua
como um transformador estático entre as microrredes CC e CA). Por outro lado, a microrrede CC é
composta por cargas em CC, um conversor CC/CC de estágio único, um conversor CC/CC de um
estágio para arranjo solar fotovoltaico e o conversor de interface. A conexão e desconexão da
microrrede híbrida CC-CA ao sistema de distribuição de energia é gerenciada por um controlador
supervisório.
Vg
Sg
Bat
CCCA
Bat
CCCA
CC
CC
CC
CC
FV
Rede de
distribuição
Microrrede CA
Microrrede CC
Carga
CA
Carga
CC
Microrrede
híbrida CA/CC
Microrrede híbrida CA-CC com conexão à rede de distribuição.
É mostrado que é possível projetar uma microrrede híbrida CC-CA usando uma metodologia de
projeto simples. Para provar isso, a topologia genérica dos conversores e o esquema do subsistema de
controle são selecionados. Em seguida, é projetado e simulado um sistema simples de carregamento
com conversor de bateria, e mais elementos são adicionados ao sistema até que a microrrede híbrida
CC-CA proposta é alcançada. Os resultados de simulação mostram que modelos de conversores e
controladores bem conhecidos na literatura podem ser usados para a microrrede híbrida CC-CA, em
que cinco modos operacionais da microrrede estudada foram reconhecidos..
Artigos publicados (com referência ao projeto temático)
D. I. Narváez, M. V. G. Reis, T. A. S. Barros, E. Ruppert, M. G. Villalva, “Performance
Comparison of DC and AC Controllers for a Two-Stage Power Converter in Energy Storage
Application”, Electric Power Systems Research Journal, Elsevier 2018.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
23
D. I. Narváez, M. V. G. Reis, M. G. Villalva, “Bottom-up Design Methodology for a Hybrid
AC/DC Microgrid with Energy Storage and Photovoltaic Generating Units”, INDUSCON 2018,
Brazil.
Artigos aceitos (com referência ao projeto temático)
T. P. Oliveira, D. I. Narváez, M. G. Villalva, “Comparison of Irradiance Decomposition and
Energy Production Methods in a Solar Photovoltaic System”, ICRERA 2019, France.
D. I. Narváez, T. S. Costa, H. S. Moreira, M. G. Villalva, “Design, sizing and simulation of a
hybrid AC-DC microgrid for improving energy efficiency in residential applications”, ICAE 2019,
Sweden.
Estudo da estabilidade de inversores em Microrredes de Energia
Doutorando Joel Filipe Guerreiro
Orientador: Prof. Dr. José Antenor Pomilio
Seguindo as pesquisas apresentadas no artigo "An Approach to the Design of Stable Distributed
Energy Resources" (COMPEL 2018), está sendo desenvolvido um protótipo de Utility Interface (ou
fonte de energia para interface com a concessionária) para viabilizar estudos de estabilidade em
microrredes de energia na operação conectada/ilhada, vide protótipo na figura a seguir.
Protótipo de Utility Infertace
Até o presente momento foi possível estabelecer a estabilidade aplicando uma técnica de
controle da impedância de saída da Utility Interface. Um protótipo de Filtro Ativo de Potência está
sendo desenvolvido para estudos de estabilidade em microrredes na presença de múltiplos conversores.
A simulação de múltiplos conversores eletrônicos de potência é demorada e complexa. Deste
modo, foi desenvolvida uma técnica de simplificação da Utility Inteface visando acelerar a simulação e
análise. Detalhes do trabalho serão apresentados em artigo submetido para a 15th Brazilian Power
Electronics Conference (COBEP/SPEC):
J. F. Guerreiro, H. Guillardi Jr., J. I. Y. Ota and J. A. Pomílio, “An Enhanced Thevenin Equivalent
Circuit of a Resonant-Controller-Based Utility-Interface.” COBEP/SPEC 2019.
Influência das tensões nas estimativas de frequência de um SRF-PLL e sua influência em
estabilidade de fontes de corrente operando em droop
Doutorando Eliabe Duarte Queirós
Orientador Prof. Dr. José Antenor Pomilio
Os conversores eletrônicos de potência DC/AC conectados na rede usualmente operam injetando
a potência disponível na rede. Entretanto sob situações particulares como em redes isoladas os
conversores passam a operar em modo de droop ativo e ou ativo/reativo. Nessas situações a potência
de saída é uma fração da potência do conversor. O padrão IEEE 1547-2018 sugere que essa
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
24
funcionalidade seja estendida para os conversores conectados ao grid principal, como capacidade de
operação durante situações de sub-frequência e sobre-frequência.
Entretanto não existem muitos artigos envolvendo a estabilidade desses conversores operando na
função de droop. Ademais, um componente chave do controle do conversor, o algoritmo de
rastreamento de fase (PLL) teve os seus efeitos sobre o controle considerado apenas a partir de 2013,
no trabalho “Influence of phase-locked loop on input admittance of three-phase voltage-source
converters” de B. Wen. O PLL é responsável por criar um sistema de coordenadas de referência (SRF)
onde o controle é realizado. Como ele determina o ângulo do sistema de coordenadas observando as
tensões no ponto de acoplamento, então ele apresenta uma sensibilidade a variações que se
apresentarem nas tensões. Dessa forma, tanto o ângulo utilizado para gerar o sistema de coordenadas,
quanto a estimativa de frequência utilizada em fontes operando em modo de droop apresentam
interferências vindas da tensão. O esquemático de um SRF-PLL pode ser visto na Figura 1.
Portanto, os trabalhos realizados até agora tem a finalidade de modelar e verificar as influências
das tensões sobre a frequência estimada e analisar a influência da fase e frequência sobre a estabilidade
de conversores operando em droop. Assim como explorar duas possibilidades de estimativas de
frequência pelo PLL, que podem ser vistas na Figura 1. A estimativa é obtida pela variável integrada
para obter a estimativa de ângulo ( ) utilizada na transformação de Park, que contêm as partes
proporcionais e integrativas do SRF-PLL. A estimativa é obtida utilizando-se apenas a parte
integrativa do SRF-PLL.
Na Figura 2 é possível observar a resposta de uma conversor fonte de corrente (CFC), com a
estimativa submetido a variações de tensão e frequência. Nos instantes 1, 1.1 e 1.2 s (I, II e III na
Figura 2) são realizados degraus de 3 V, 3V, e -0.314 rad/s respectivamente nas tensões de eixo direto,
em quadratura e na frequência. No instante 1.1 s, ocorre uma diminuição considerável na corrente.
Esse decréscimo na corrente retrata a influência de uma mudança de tensão sobre a estimativa de
frequência e, portanto, sobre a referência de potência ativa, e corrente te eixo direto do conversor.
Nesses momentos a fonte funciona de maneira estável.
Nessa simulação a partir de 1.75 s a estimativa de velocidade é mudada da estimativa para a
estimativa . Devido a essa mudança surge uma oscilação crescente que caracteriza a instabilidade do
conversor que pode ser vista na Figura 3. Fica claro, portanto, a relação entre a estabilidade do
conversor e a estimativa de frequência de frequência obtida pelo PLL.
Esses estudos geraram os seguintes artigos:
Queiroz, Eliabe D. and Pomilio, José Antenor, Voltage influences over SRFPLL frequency estimation,
Submetido para a 5th Southern Power Electronics Conference.
Queiroz, Eliabe D. and Pomilio, José Antenor, SRF-PLL Influence on the stability of a current source
converter in droop mode, Submetido para a 5th Southern Power Electronics Conference.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
25
Desenvolvimento de Inversor Fotovoltaico
Atividade do doutorando Joel Felipe Guerreiro
Na figura a seguir tem-se a segunda versão do projeto do inversor PV de 500 W para redes
220V/60Hz. Esta nova versão do projeto conta com melhorias de hardware realizadas a partir de
comportamentos observados nos estágios de debug da versão 1, assim como novas melhorias
operacionais obtidas com a inserção do filtro de EMI e DSP integrado.
O sistema de controle está em desenvolvimento e será dotado de funções avançadas, como anti-
ilhamento, MPPT, modulação de potência ativa e reativa, de acordo com a portaria RTAC002145 do
INMETRO. Este inversor será usado para fazer estudos de qualidade da energia e estabilidade em um
cenário de ampla penetração de fotovoltaico em microrredes de energia.
Layout do PCB da Versão 2 do projeto.
Desenvolvimentos relacionados ao Estudo da estabilidade sistêmica de rede elétrica com
múltiplas fontes e cargas controladas
Post-Doc Dr. João I. Y. Ota
O estudo de múltiplos conversores conectados a uma rede elétrica torna-se um tema de interesse
quando a expansão das fontes renováveis de energia, fotovoltaica e eólica em sua maior parte, permite
que um patamar considerável na parcela de energia produzida em uma rede elétrica seja composta de
fontes intermitentes. Recentes relatos vêm mostrando que instabilidades não previstas de tensão e
corrente em redes elétricas nos quais existe uma presença grande de fontes renováveis de energia. Uma
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
26
justificativa de tais fenômenos passa pela interação que ocorre entre equipamentos de geração e de
cargas não-lineares, que consistem de Conversores Eletrônicos de Potência (CEPs) como interface à
rede elétrica, com outros elementos passivos da rede elétrica. Dentro desse aspecto, a estrutura do
Painel LabREI permitirá a verificação experimental de diversas situações e condições, as quais não são
detectadas em testes voltados para a operação individual de um equipamento. A análise da estabilidade de uma rede elétrica com a presença de múltiplos CEPs conectados
envolve o estudo da relação entre a impedância de entrada da rede elétrica e a impedância de saída do
CEP. Critérios de estabilidade que envolvem a relação de impedâncias têm sido utilizados por muitos
anos para projetos de conversores CC-CC, porém a conexão de CEPs com uma rede elétrica CA exige
novas observações. Estudos feitos dentro do contexto nesse Pós-Doutoramento (PD) são relacionados
com (a) o ponto de operação de potência do CEP, (b) efeitos oriundos de métodos de sincronização dos
CEPs com a rede elétrica, (c) efeitos oriundos de estratégia de controle internos do CEP e (d) efeitos
oriundos de ressonância entre cabos e a impedância de saída dos CEPs. (a) Em geral, cargas não-lineares interfaceadas por CEPs caracterizam-se como cargas de potência
constante (CPCs). CPCs na rede elétrica possuem um comportamento de “resistência
negativa” quando, por exemplo, uma redução na tensão de alimentação leva a um aumento de
corrente consumida em um certo ponto de operação de potência. Impedâncias de entrada da
rede podem assim sofrer mudanças quando diversos CEPs atuam em diferentes ponto de
operação de potência e a tensão da rede altera-se inadvertidamente, por exemplo. Parte dos
estudos do PD procura esclarecer e caracterizar a ocorrência de tais fenômenos em redes
elétricas com múltiplos CEPs atuando como CPCs. (b) Os métodos de sincronização do CEP com a rede elétrica utilizam-se da tensão da rede para
estabelecer propriedades do controle interno, além de definir as referências de potência ativa e
reativa. CEPs trifásicos usam de sistemas Phase-Lock Loop (PLL) para o sincronismo com a
rede elétrica. Nesse contexto, estudos recentes feitos pelo doutorando Eliabe Duarte Queiroz
(participante do projeto temático) mostram que a dinâmica do PLL afeta sensivelmente a
estabilidade de um CEP. Embora diversos artigos na literatura propõem PLLs aprimorados para
respostas rápidas, o qual é um objetivo sensato considerando individualmente o CEP, estudos
mostram que essa escolha pode levar sistemas inicialmente estáveis a se tornarem instáveis em
ocorrências de pequenas faltas, tais como afundamentos e oscilações de tensão. Estudos
detalhados estão sendo feitos com o objetivo de esclarecer o efeito que o projeto do PLL pode
ter na estabilidade de múltiplos CEPs em redes elétricas. (c) Controladores internos do CEP, tais como malhas de controle de corrente e de controle de
tensão do elo CC, exercem influência na impedância de saída. Dentro desse contexto, diversos
artigos propõem estratégias de controle que envolvem a síntese “virtual” de impedância de
saída, com objetivos específicos envolvendo estabilização de CEPs em redes que apresentarem
instabilidades devido aos motivos listados em (a). Porém, o ajuste de impedâncias “virtuais” é
feito em torno de um ponto de operação de potência específico, de forma que instabilidades
possam ocorrer quando o CEP está operando em outro ponto de operação diferente do projeto
inicial do controlador. Torna-se, assim, necessário que o CEP tenha capacidade adaptativa
quanto a eventuais mudanças da rede e cargas. Nesse contexto, estudos feitos pelo doutorando
Joel Felipe Guerreiro (participante do projeto temático) procuram estabelecer estratégias e
critérios para o projeto desses controladores. (d) Um dos diversos elementos que podem originar instabilidades com os CEPs são os próprios
cabos de distribuição da rede elétrica. É bem estabelecido que cabos de redes de distribuição e
transmissão de energia apresentam efeitos adversos na tensão quando seu comprimento atinge
grandes distâncias, de centenas a poucos milhares de quilômetros. Existe, porém, o fato que
técnicas de modulação com frequências de chaveamento que podem chegar a dezenas de kHz
são utilizadas em CEPs para a síntese de tensões e correntes CA. Estudos feitos em sistemas
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
27
que envolvem o acionamento de motores CA utilizando cabos de longo comprimento (menos
de 10 quilômetros) mostram que o efeito da ressonância oriunda da característica capacitiva e
indutiva dos cabos pode ser significativa caso a frequência de chaveamento do CEP aproxime-
se da frequência de ressonância da seção de cabo que conecta o inversor e o motor. Além disso,
evidências apontam falhas e mau funcionamento de equipamentos conectados em redes onde
há a presença de CEPs realizando a interface de fontes de energia renovável. Tais redes
mostram uma presença de tensão e corrente na faixa de 3-150 kHz, muitas vezes amplificadas,
o que corrobora a tese que essas componentes exercem influência em redes de energia com
múltiplos conversores. Estudos imediatos do PD estão sendo feitos para evidenciar esses
efeitos e caracterizá-los dentro do contexto do Painel LabREI.
Inversor multinível em sistemas com sombreamento Doutorando Tiago Henrique de Abreu Mateus
Orientador Prof. Dr. José Antenor Pomilio, coorientador Prof. Dr. João Onofre Pinto (UFMS)
Com o objetivo de reduzir os efeitos de sombreamento parcial (PS - partial shading) em sistemas
fotovoltaicos com conexão à rede elétrica, é proposto o uso de um conversor multinível ponte-H em
cascata (CHB-ML – cascaded h-bridge multilevel inverter) que utiliza um controle droop robusto
(Figura 1). O uso do CHB-ML permite individualizar o rastreamento do máximo ponto de potência de
cada conjunto que compõe os níveis de inversão. A modulação por deslocamento de fase (PS-SPWM –
phase shifted senoidal pulse width modulation) é utilizada pela facilidade na distribuição de potência
dos conjuntos fotovoltaicos. O controle droop robusto além de dispensar o uso de algoritmos
convencionais de sincronismo, simplifica a atuação no índice de modulação e reduz o número de
controladores a serem sintonizados.
Nas simulações computacionais e experimentais é utilizado um CHB-ML de sete níveis (Figura
2). Este conversor de sete níveis necessita de três fontes de tensão isoladas entre si. A análise do
conversor se dá em uma rede elétrica com uma tensão eficaz de 120 VCA. Os painéis fotovoltaicos
(PV – photovoltaic) foram divididos em três arranjos, sendo que cada arranjo contém três módulos
PVs em série. O modelo utilizado para as simulações e no experimento dos nove PVs é o do fabricante
Sun Earth
, modelo TPB156x156-60-P 235W.
Após as confecções das placas de controle e de potência, foi realizada a integração entre o
sistema de controle e o de potência. O CHB-ML é composto por dois módulos inversores SPCIM 350-
40-100 e um modelo SPCIQ 450-60-50 da Supplier. O sistema de controle foi desenvolvido utilizando
o controlador dSPACE, que permite uma interface em tempo real. Para geração do PS-PWM foi
utilizado um microcontrolador DSP TMS320F2808. Os sensores de tensão e corrente utilizados são os
sensores da LEM, LV-20P e HAS 50-S respectivamente. A Figura 3 apresenta o protótipo
experimental do conversor multinível e sistema de controle. Na Figura 4 apresenta os conjuntos PVs
utilizados nos resultados experimentais.
CHB-ML
MPPTBalanço de
Potência
Rede elétricaPVs
Controle
SPWM-PS
Sincronismo e Conexão com a Rede
Figura 1. Diagrama de blocos do sistema proposto.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
28
CC CA
A1
A2
B1
B2
CC
CA=
CC
CA
CC
CA
CC
CA
L RiPV1
iPV2
iPV3
vPV1
vPV2
vPV3
Van
vo vr
ir
C
𝑝𝑛 MPPT
vPVNiPVN
+- PI
0 z
Si
𝑝2
...
PS -
SPWM
Índices de
Modulação
×
×
×
e
...
... ...
𝑚 𝑛
𝑚 2
𝑚 1
𝑒 2
𝑒 𝑛
(a)
(b)
MPPTvPV1iPV1
+- PI
𝑝1
z
Si
MPPTvPV2iPV2
+- PI
0 z
Si
1/(Ls+R)+-
Cálcu
lo P
+- m
+- 1/s seno
PI
vo
vriv
Pset
ω θ
e
0
×
Sip
P
RMS
+-
Vset
PIvo
PsetPID
0
z
p
p
p
(i) (ii)
Figura 2. (i) Topologia modular do CHB-ML de 7 níveis para conexão do sistema PV com à rede elétrica; (ii) Modelo de
controle do CHB-ML de 7 níveis para conexão do sistema PV com à rede elétrica.
Condicionamento
Sensoriamento
CHB-ML 7 níveis
dSPACE
DSP
Fontes auxiliares
PVs
Figura 3. Protótipo experimental do inversor sete níveis ponte-H em cascata.
Figura 4. Painéis fotovoltaicos Sun Earth
PV-Module 235 Wp.
Para demonstrar o funcionamento do sistema é apresentado um cenário de sombreamento
parcial. É utilizada a simulação de um sombreamento parcial sobre um conjunto PV a partir da
diminuição de aproximadamente 1000 para 500 W/m2 da irradiância de um dos conjuntos PV. A
Figura 5(a) apresenta a variação de potência ativa entregue à rede elétrica. Em regime permanente o
sistema fotovoltaico fornece aproximadamente 1440 W sem o PS. Com o tempo em 10 segundos
ocorre o PS e após 26 segundos (t = 36s) o mesmo é removido. A potência ativa em situação de PS
estabiliza com aproximadamente 1280 W. Após a remoção do PS a potência ativa atinge o valor de
1420W, a diferença do valor anterior ao PS se dá devido as variações de irradiância causadas por
pequenas variações atmosféricas. A variação do valor eficaz da tensão de saída do conversor (Figura
5(b)) deve-se a variação de tensão do barramento CC do conjunto sombreado. O afundamento de
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
29
tensão na saída do conversor atingiu o valor mínimo em 113VRMS. Ressaltasse ainda que a
temperatura média dos conjuntos PVs era de aproximadamente 57C no momento das medições, o que
diminui consideravelmente o desempenho em relação ao valor nominal de cada PV.
(a) (b)
Figura 5. Cenário com sombreamento parcial de um conjunto PV de: (a) potência ativa; (b) tensão eficaz.
As formas de onda da tensão de saída do conversor e da corrente no ponto de conexão com a
rede elétrica com o efeito do PS são apresentadas na Figura 6(a). O espectro de frequência da forma de
onda da tensão é exibido na Figura 6(b), onde a TDH é de 4,6%.
(a) (b)
Figura 6. Sombreamento parcial em um conjunto PV: (a) Formas de onda da tensão na saída do conversor e corrente no
ponto de conexão com a rede elétrica; (b) Espectro de frequência da tensão de saída do conversor.
Estudo e implementação do controle e do gerenciamento energético de uma microrrede em
corrente contínua, com sistema de geração de energia elétrica a partir de energia eólica, usando
gerador elétrico de relutância variável.
Doutorando: Pedro José dos Santos Neto
Orientador: Prof. Dr. Ernesto Ruppert Filho; Coorientador: Prof. Dr. Tárcio André dos Santos Barros
Supervisor Internacional: Prof. Dr. Josep Guerrero
Este projeto de doutorado consiste no estudo do controle e gerenciamento de uma microrrede em
corrente contínua com a inserção de um sistema eólico de pequeno porte baseado no gerador de
relutância variável (GRV). As microrredes CC apresentam vantagens quando comparadas com as
redes CA convencionais, especialmente pela maior capacidade dessas estruturas de integrarem fontes
alternativas de energia, como solar e eólica, em um modelo de geração distribuída. Contudo, o controle
e gerenciamento dessas microrredes ainda são foco recente de pesquisas. Este projeto propõe o estudo
do GRV conectado a uma microrrede CC incorporando um sistema de armazenamento de energia,
cargas variáveis e a conexão com a rede CA convencional. O gerenciamento da microrrede e técnicas
de controle são analisados no intuito de garantir maior resiliência na operação considerando o GRV
como principal fonte de geração distribuída. Ambos os modos de operação, conectado à rede CA e
ilhado, são considerados neste projeto. A instituição na qual se realiza o programa de intercâmbio no
exterior é a Universidade de Aalborg, Dinamarca, cujo programa de pesquisas em microrredes no
departamento de energia da Universidade de Aalborg é reconhecido como um líder mundial na
temática, possuindo um laboratório de excelência para a viabilização dos estudos.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
30
BEPE Fapesp N. 2018/22076-2 Local: Aalborg University, Aalborg, Denmark
Datas: 01/02/2019 – 01/11/2019
Tema: Controle e Gerenciamento de Microrredes em Corrente Contínua
Eletrônica de Potência e Condicionamento de Energia Elétrica: Fontes fotovoltaicas e
acumuladores de energia
Prof. Dr. Flávio Alessandro Serrão Gonçalves e orientados
As atividades de pesquisa estão em aderência com o Tópico: Perspectivas de Pesquisa em
Eletrônica de Potência e Condicionamento de Energia Elétrica com foco em Fontes fotovoltaicas e
acumuladores de energia.
Especificamente, duas vertentes vêm sendo exploradas, classificadas em função do aspecto de
conversão de energia desejada, a primeira envolve o estudo de conversores CA-CC (inversores)
empregando redes de impedância e seus algoritmos e de controle, enquanto a segunda envolve o
estudo de conversores CC-CC bidirecionais de elevado ganho.
Na primeira vertente, a pesquisa engloba estudos de topologias modernas de conversores CC-CA
(inversores) empregando configurações diferentes de redes de impedância, baseadas no uso de
acoplamentos magnéticos, trazendo características vantajosas ao sistema do ponto de vista da operação
da estrutura (operação como elevação e possibilidade de condução conjunta dos interruptores),
incluindo os estudos e desenvolvimentos de algoritmos de controle para MPPT e conexão.
Especificamente as redes de impedância do tipo quase-fonte-Z, fonte-Y e quase-fonte-Y estão
sendo exploradas considerando conversores do tipo CC-CC e CC-CA com relação ao desenvolvimento
de modelos matemáticos, projeto dos elementos que compões a rede de impedância e estabelecimento
de metodologias de controle para regulação do barramento CC e de integração com a rede em
aplicações de microgeração conectadas a rede de baixa tensão. (no caso da operação CC-CA). Com
relação ao desenvolvimento dos modelos matemáticos, explorações vem apresentando avanços
envolvendo a contabilização de aspectos idealizados normalmente, perdas, tornando os modelos
válidos em regiões em que os modelos idealizados apresentam divergência, especialmente nas
condições de ganhos elevados com correntes de carga elevadas. Adicionalmente, as pesquisas em
linhas gerais demonstram que a obtenção de um ponto de operação desejado, envolvendo elevados
ganhos, pode ser realizada por diferentes arranjos de configurações da rede de impedância, seja pelos
valores absolutos dos indutores ou capacitores ou pelo arranjo das razões de acoplamento escolhidas
nas espiras, em conjunto dos sinais de razão cíclica de controle. Desta forma, as metodologias de
projeto para os elementos de impedância vêm sendo exploradas considerando estratégias de projeto
considerando multiobjectivos, visando atender a minimização dos esforços de tensão e corrente, e das
perdas para maximizar o rendimento e de forma concomitante garantir regulação e estabilidade.
Na segunda vertente, a evolução da pesquisa vem englobando estudos relacionados com a
modelagem e projeto de conversores CC-CC unidirecionais e bidirecionais envolvendo elevado ganho,
em concepções multiportas e paralelas, diferentes modos de operação, para integração de sistemas de
armazenamento de energia e sistemas de geração distribuídas empregadas em redes inteligentes de
energia, considerando os algoritmos de controle e gestão de energia. Especificamente, há a exploração
e modelagem matemática de um conversor para um sistema de carregamento de bateria de veículos
elétricos, apresentando características multifuncionais.
Publicações
William Hertz Ganzenmuller, Flávio A. S. Gonçalves. Revisão de Sistemas de Carregamento de
Veículos Elétricos. Congresso Brasileiro de Qualidade de Energia Elétrica (CBQEE 2019) (aceito)
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
31
Almeida, F. A. F. ; Gonçalves, F. A. S. ; Marafão, F. P. ; Liberado, E. V. . Compensação De
Energia Reativa Com Svc Em Rede De Baixa Tensão Com Gerador Distribuído Utilizando
Indicadores Da Teoria De Potência Conservativa - TPC. In: 13th IEEE/IAS International
Conference on Industry Applications, 2018, São Paulo-SP.
Orientações concluídas
1. Danilo Martins Caldas (Mestrado). Título do Projeto: Análise da IntegraçãodDe Usinas Eólicas
Através Dos Requisitos Técnicos dos Procedimentos de Rede do Ons. Orientador: Prof. F. A. S.
Gonçalves
2. Sophia Martins Braghetto Barillari (Iniciação Científica). Título do Projeto: Modelagem de
Inversores do tipo Fonte-Y para Sistemas de Microgeração. Agência de Fomento: CNPq.
Orientador: Prof. F. A. S. Gonçalves
3. Augusto Carvajal Quinaglia (Iniciação Científica). Estudo de viabilidade e análise de implantação de
“residências CC”. Agência de Fomento: FAPESP. Orientador: Flávio Alessandro Serrão Gonçalves.
4. Lucas Arná Matos dos Santos (trabalho de conclusão de curso). Desenvolvimento De Sistemas De
Controle Digitais Baseados Em FPGA Para Conversores CC-CA Empregando Rede De Impedância.
Orientador: Flávio Alessandro Serrão Gonçalves
5. Thaís Berretini Bosco (trabalho de conclusão de curso). Estudo Comparativo De Algoritmos De
Aprendizado De Máquinas Para Análise De Desagregação De Cargas Elétricas. 2019. Trabalho de
Conclusão de Curso. Orientador: Flávio Alessandro Serrão Gonçalves.
Orientações em andamento
a. Felipe Augusto Ferreira de Almeida (Doutorado). Título do Projeto: “Aplicações de Conversores
Baseados em Redes de Impedância em Sistemas de Microgeração de Energia Elétrica Renováveis” -
Orientador: Prof. F. A. S. Gonçalves
b. Marcelo Tirolli (Doutorado). Título do Projeto: “Sistemas de Controle de Gestão de Energia
Multifuncional para Conversores baseados em redes de impedância do tipo-Y aplicados em
Microgeração de Energia Distribuída”. - Orientador: Prof. F. A. S. Gonçalves
c. Alexandre Borges Marcelo (Mestrado). Título: “Avaliação e Projeto de Controladores Digitais para
Conversores CC-CC em Arquitetura Celular aplicados em Geração Distribuída.” - Orientador: Prof.
F. A. S. Gonçalves
d. Rafael dos Santos (Mestrado). Título: “Microinversor do tipo-Y monofásico”. - Orientador: Prof. F.
A. S. Gonçalves
e. William Hertz Ganzenmuller (Mestrado). Título: “Sistemas de Carregamento de Veículos Elétricos
Multifuncionais”. - Orientador: Prof. F. A. S. Gonçalves
Captação de recursos/projetos adicionais
o PROC. FAPESP No. 2017/19989-3: Augusto Carvajal Quinaglia (Iniciação Científica).
Estudo de viabilidade e análise de implantação de “residências CC”. Orientador: Flávio
Alessandro Serrão Gonçalves
o PROC. PIBIC/CNPq/UNESP No. 2018/47548. Sophia Martins Braghetto Barillari (Iniciação
Científica). Título do Projeto: Modelagem de Inversores do tipo Fonte-Y para Sistemas de
Microgeração. Agência de Fomento: CNPq. Orientador: Prof. F. A. S. Gonçalves
Implementação de um conversor multifuncional conectado à rede elétrica para compensação de
oscilações de potência instantânea
Mestrando: José de Arimatéia Olímpio Filho
Orientador: Prof. Dr. Helmo Kelis Morales Paredes
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
32
Este projeto de mestrado propõe a implementação e o desenvolvimento de uma técnica de
controle para conversores eletrônicos de potência multifuncionais conectados à rede elétrica, com o
objetivo de possibilitar a compensação das oscilações da potência instantânea. Assim, além de injetar
energia na rede elétrica, o conversor trifásico desempenhará funções de condicionamento da qualidade
das correntes e tensões no ponto de acoplamento comum. O objetivo principal baseia-se na realização
de estudos teóricos e experimentais com o intuito de validar, através dos termos conservativos,
potência e energia reativa da Teoria de Potência Conservativa, uma metodologia que permita a
identificação (decompor) assim como a compensação das parcelas oscilatórias da potência e energia
reativa. Ressaltando-se que a metodologia e o sistema de controle serão avaliados e testados para uma
carga não linear desbalanceada operando em condições onde as distorções e desequilíbrios de tensão
sejam consideráveis.
Processo FAPESP: 17/20987-5
Resultados publicados em: 13th IEEE International Conference on Industry Applications (INDUSCON), outubro de 2018, São Paulo,
Brasil. Participações de José de Arimatéia Olímpio Filho com apresentação de artigo: “Filtro Ativo de
Potência Trifásico para Compensação de Oscilações da Potência Instantânea”
Pesquisas em uso multifuncional de inversores
Prof. Dr.Helmo Kelis Morales Paredes, em colaboração com Prof. Dr. J. P. Bonaldo da UFMT
Este trabalho explora o caso crítico em que a corrente necessária para obter o fator de potência
unitário no lado da rede é superior à capacidade do conversor multifuncional. Assim, o sinal de
referência relacionada à compensação de distúrbios é limitado, gerando uma compensação parcial em
termos de qualidade de corrente. Esta estratégia é particularmente interessante se for considerado o
ponto de vista da operação do conversor multifuncional visando a compensação multiobjectivos, visto
que, qualquer que seja o objetivo final da compensação, o conversor dará prioridade à injeção da
energia gerada pela fonte local (PV, por exemplo) e fará automaticamente a limitação do sinal de
referência para a compensação das correntes indesejadas.
Resultados publicados em: J. P. Bonaldo, G. J. Schiavon, J. A. Pomilio, H. K. Morales-Paredes, “Estrategia de Ajuste Automático da
Compensação de Distúrbios Baseado na Corrente Nominal de Inversores Multifuncionais”. In: Congresso
Brasileiro de Automática, João Pessoa, 2018.
Pesquisas em identificação de cargas e fontes
Prof. Dr.Helmo Kelis Morales Paredes
Neste trabalho foi apresentada uma nova metodologia denominada Sistema Especialista (ES),
onde além de demonstrar a importância de identificar e caracterizar as cargas que contribuem com a
deterioração da qualidade da energia elétrica, a metodologia considera aspectos normativos que
possibilitem um adequado procedimento de operação e conexão de dispositivos de compensação no
contexto de microrredes. Além disso, destaca-se, a importância de definir uma teoria de potência
(neste caso foi a CPT) que seja capaz de caracterizar adequadamente as cargas, uma vez que as
escolhas do dispositivo e da topologia de compensação estão diretamente relacionados com o
comportamento da carga (fonte de tensão harmônica ou fonte de corrente harmonia).
Resultados publicados em: A. C. Moreira, H. K. Morales-Paredes, W. A. Souza, F. P. Marafão, L. C. P. da Silva “Intelligent Expert
System for Power Quality Improvement Under Distorted and Unbalanced Conditions in Three-Phase AC
Microgrids”. IEEE Transactions on Smart Grid, Vol. 09, No. 06, pp. 6951-6960, Nov. 2018.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
33
Estágio de pós-doutoramento na Colorado School of Mines
Prof. Dr.Helmo Kelis Morales Paredes
O estágio de pesquisa no exterior foi fundamental para consolidar a colaboração com o Prof. Dr.
Marcelo Godoy Simões e certamente terá continuidade nos próximos anos. Os temas, metas e
objetivos do referido projeto, conjuntamente com o Projeto Temático continuarão sendo tratados pelo
pesquisador, seus orientados e colaboradores, uma vez que o tema é atual e pleno de desafios teóricos
e para implementação de sistemas reais. A colaboração com a CSM e com o Prof. Simões foram
bastante importantes para a realização dos estudos propostos. A realização deste ano de pesquisa no
exterior, além de contribuir para o avanço dos estudos nos temas relacionados, também contribuiu para
a reorganização de metas e objetivos da carreira docente, bem como para a vivência de uma
experiência internacional dentro desta centenária universidade americana. Também foram realizados
contatos com o Prof. Dr. P. K. Sen e o doutorando Ricardo Siqueira de Carvalho também da CSM,
com o Prof. Dr. S. M. Muyeen, com os quais foram iniciados trabalhos de cooperação.
O artigo abaixo aborda a conexão direta da combinação de uma cadeia de supercapacitores e
baterias (sistema hibrido) no barramento CC para aplicações em sistemas fotovoltaicos com dois
estágios (conversor CC-CC e inversor CC-CA). Assim o trabalho apresenta um novo sistema
denominado HESS (Hybrid Energy Storage System). A estratégia de controle proposto para o HESS é
dividida em duas partes, o primeiro modo é o MPPT, aplicado quando a taxa de variação da saída do
Painel fotovoltaico (PV) está abaixo da taxa de rampa desejada. O outro modo é para suavizar a
potência que é aplicado durante a flutuação da saída do PV ou quando a taxa de variação da saído do
PV excede a taxa de rampa desejada. A eficácia do controle proposta para a configuração HESS foi
validada mediante simulações e resultados experimentais em escala laboratorial.
Resultados publicados em: Y. Perdana, S. M. Muyeen, A. Al-Durra, H. K. Morales-Paredes, M. G. Simões, “Direct Connection of
Supercapacitor-Battery Hybrid Storage System to the Grid-tied Photovoltaic System”. IEEE Transactions
Sustainable Energy, Vol. 10, No. 03, pp. 1370-1379, July 2019.
Já no trabalho indicado a seguir é proposta uma solução unificada, que compreende de um
algoritmo que busca um índice de localização de valor pico conjuntamente com o algoritmo de
Transformada Rápida de Fourier para estimar as harmônicas de tensão ou corrente de baixa amplitude
e sincrofasores em condições de frequência variável. Mediante resultados de simulação e
experimentais foi mostrado a efetividade da técnica proposta para estimar as harmônicas e
sincrofasores simultaneamente em tempo real, podendo ser aplicada em qualquer sistema de energia ou
Redes Inteligentes de Energia Elétrica (RIEE).
Resultados publicados em: O. V. S. R. Varaprasad, D. V. S. S. Sarma, H. K. Morales-Paredes, M. G. Simões “Enhanced Dual-
Spectrum Line Interpolated FFT with Four-Term Minimal Sidelobe Cosine Window for Real-Time
Harmonic Estimation in Synchrophasor Smart-Grid Technology”, Electronics, Vol. 8, No. 2, Feb. 2019.
Controle Cooperativo de Geradores Distribuídos em Microrredes de Energia com Múltiplas
Considerações de Operação
Doutorando: Augusto Matheus dos Santos Alonso (bolsa FAPESP – doutorado regular e BEPE)
Orientador: Fernando Pinhabel Marafão (UNESP), Coorientador: Danilo Iglesias Brandão (UFMG)
Coorientador no exterior: Elisabetta Tedeschi (NTNU)
IC FAPESP: Bruno Fernandes de Oliveira, Orientador: Fernando Pinhabel Marafão (UNESP)
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
34
Considerando o contexto de microrredes e redes de distribuição de baixa tensão, nas quais há
significante dispersão de geradores distribuídos (GDs) de energia, este trabalho busca propor um
método de coordenação de tais agentes para se ofertar, de forma cooperativa, despachabilidade de
potência e melhoria da qualidade de energia. O algoritmo Current-Based Control é explorado neste
projeto, propondo sua extensão a sistemas trifásicos, ofertando compartilhamento seletivo de correntes
ativa, reativa e harmônicas. Adicionalmente, objetivos complementares deste trabalho visam a
coordenação de GDs possibilitando compensação distribuída de desbalanço, tão bem quanto o
amortecimento de ressonâncias harmônicas de tensão. Finalmente, espera-se que uma proposta de
otimização seja apresentada para que a melhor tomada de decisão ocorra com respeito à cooperação
entre os DGs distribuídos, dando suporte a diversos objetivos operacionais concomitantes. Este projeto
é vinculado a um doutorado em andamento com bolsa FAPESP (Augusto Matheus dos Santos Alonso,
sob a orientação do Prof. Fernando Marafão.), o qual encontra-se inserido no âmbito de um duplo
diploma (cotutela) recentemente firmado entre a Universidade Estadual Paulista (UNESP) e a
Norwegian University of Science and Technology (NTNU). Tal projeto também envolveu um projeto
de Iniciação Científica FAPESP, do aluno Bruno Fernandes de Oliveira.
Objetivos
Destaca-se como principal objetivo deste trabalho a proposta de um método de coordenação de
inversores existentes em sistemas de geração distribuída, e que estão inseridos no contexto de
redes/microrredes de baixa tensão. Nomeado de Current-Based Control (CBC), o algoritmo proposto
possibilita com que múltiplos objetivos possam ser ofertados de forma cooperativa entre DGs. Com
relação a tais funcionalidades operacionais, este trabalho se fundamenta em propor:
1) Capacidade de coordenação de inversores distribuídos, independente da topologia da
microrrede (mono- ou trifásica);
2) Compartilhamento seletivo de correntes ativa, reativa e harmônicas;
3) Compensação distribuída de desbalanço com base em princípios definidos pela Teoria de
Potência Conservativa (CPT);
4) Adaptabilidade em gerir inversores de forma distribuída ofertando funcionalidade de síntese
de corrente senoidal ou síntese de carga resistiva;
5) Gerenciamento inteligente das operacionalidades acimas propostas visando desempenho
otimizado da microrrede/rede de baixa tensão.
Por fim, é objetivo deste trabalho que o maior número das funcionalidades propostas sejam
validadas experimentalmente através de um protótipo de microrrede de energia em escala laboratorial.
Resultados até o momento
Até o momento, os objetivos de 1 a 4 definidos para o projeto foram realizados, encontrando-se
em fase final de aprimoramento para consolidação da metodologia fundamental proposta. Com o
intuito de demonstrar algumas das funcionalidades ofertadas pelo CBC, um estudo de caso é
apresentado para exemplificar a capacidade seletiva de compartilhamento de correntes entre GDs.
Assim como demonstrado na Fig. 1, um cenário simplificado é adotado, no qual dois inversores
trifásicos estão distribuídos em uma rede de baixa tensão, sob a existência de uma carga não-linear, a
qual drena correntes ativas, reativas e de distorção (harmônicas) que podem ser vistas no intervalo 1 da
Fig. 2. Durante este intervalo os inversores não compartilham nenhuma corrente.
O CBC é uma estratégia que se baseia em uma metodologia mestre/escravo, na qual um
controlador central (CC) alocado no ponto de acoplamento da rede (PCC) opera como mestre, e os
inversores distribuídos são agentes escravo. Portanto, ao iniciar em 0.3 s, o CC recebe como
informação as correntes de pico processadas por cada inversor e transmite como retorno coeficientes
de controle que balanceiam a operação dos inversores, de tal forma que suas capacidades operacionais
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
35
são respeitadas. Como esta etapa apenas visa o compartilhamento de correntes ativa e reativa, os DGs
injetam apenas as componentes fundamentais drenadas pela carga, resultando em apenas harmônicos
circulando no PCC. Após 0,35 s, apenas os harmônicos são compartilhados e somente correntes ativa e
reativa são vistas pela rede. Entre 0,4 e 0,45 s os inversores ativam o compartilhamento mútuo de
harmônicos e corrente reativa, resultando em corrente de baixa distorção e em fase com as tensões no
PAC. E finalmente, após 0,45, é demonstrada a capacidade de despachabilidade do algoritmo ao
prover fluxo nulo de potência no PCC.
Figura 1: Circuito simplificado de microrrede trifásica de baixa tensão.
Figura 2: Resultados de simulação para o compartilhamento seletivo de correntes ativa, reativa e
harmônicos.
Etapas em Desenvolvimento e Planejadas
Atualmente, o doutorando encontra-se em Trondheim na Noruega para realização do estágio de
pesquisa no exterior, através da bolsa BEPE vinculada ao projeto de doutorado. O principal objetivo
durante o intervalo de um ano no exterior é realizar a validação experimental das principais
funcionalidades propostas na metodologia a ser desenvolvida pelo doutorando. A cooperação com a
NTNU na Noruega permitirá validar as técnicas desenvolvidas no Smart Grid Lab
(https://www.ntnu.edu/smartgrid), que é uma referência internacional em laboratórios da área.
Publicações – Julho/2018 a Junho/2019 P1) O aluno, conjuntamente com seu orientador e co-orientador, respectivamente, prof. Fernando
Marafão e Danilo Brandão, iniciaram o processo de prospecção de depósito da patente intitulada
“Sistema de Coordenação de Conversores Multifuncionais em Microrredes de Baixa Tensão”, a
qual está sob avaliação na Agência de Inovação da UNESP (AUIN). Submetido: Outubro 2018.
Grid
Z0
iPCCa
iPCCb
iPCCc
vPCCc
Central
Controller
vPCCb
vPCCa
Z0
Z0
Z1
Z1
Z1
Z2
Z2
Z2
DG1 DG2
CBNL
CBRL
CBR
CBRLu
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
36
P2) Alonso, A. M. S; Afonso, L. C.; Brandao, D. I.; Tedeschi, E.; Marafão, F. P., “Considerations on
Communication Infrastructures for Cooperative Operation of Smart Inverters” in IEEE
COBEP/SPEC Conf., Dezembro 2019. SUBMETIDO
P3) Paredes, H. K. M.; Filho, J. A. O.; Alonso, A. M. S.; Bonaldo, J. P.; Marafão, F. P.; Simoes, M. G.,
“3-Phase Multi-Functional Grid-Tied Inverter for Compensation of Oscillating Instantaneous
Power,” in IEEE COBEP/SPEC Conf., Dezembro 2019. SUBMETIDO
P4) Alonso, A. M. S.; Brandao, D. I.; Caldognetto, T.; Marafão, F. P.; Mattavelli, P., “A Selective
Harmonic Compensation and Power Control Approach Exploiting Distributed Electronic
Converters in Microgrids,” International Journal of Electrical Power & Energy Systems, Janeiro
2019. SUBMETIDO
P5) Brandao, D. I.; Ferreira, W. M; Alonso, A. M. S.; Tedeschi, E.; Marafão, F. P., “Optimal
Multiobjective Control of Low-Voltage AC Microgrids: Power Flow Regulation and Compensation
of Reactive Power and Unbalance,” IEEE Transactions on Smart Grid, Janeiro 2019. SUBMETIDO
P6) Brandao, D. I.; Savoi, L.; Alonso, A. M. S.; Reis, G.; Liberado, E. V.; Marafão, F. P., “Coordinated
Control of Distributed Three- and Single-phase Inverters Connected to Three-Phase Three-Wire
Microgrids,” IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, Fevereiro 2019.
ACEITO PARA PUBLICAÇÃO
P7) Alonso, A. M. S.; Brandao, D. I.; Tedeschi, E.; Marafao, F. P., “Coordinated Control of Parallel
Power Conditioners Synthesizing Resistive Loads in Single-Phase AC Microgrids,” in European
Conf. Power Electron. Appl. (EPE-ECCE), Setembro 2019. ACEITO PARA PUBLICAÇÃO
P8) Alonso, A. M. S.; Paredes, H. K. M.; Filho, J. A. O.; Bonaldo, J. P.; Brandao, D. I.; Marafão, F. P.,
“Selective Active Power Conditioning in Two-Phase Three-Wire Systems Based on the
Conservative Power Theory,” in IEEE Industry Applications Annual Meeting (IAS Meeting),
Novembro 2019. ACEITO PARA PUBLICAÇÃO
P9) Paredes, H. K. M.; Filho, J. A. O.; Alonso, A. M. S.; Bonaldo, J. P.; Marafao, F. P., “Filtro Ativo de
Potência Trifásico para Compensação de Oscilações da Potência Instantânea,” 13th IEEE Int. Conf.
Ind. Appl. (INDUSCON), Novembro 2018.
Estudo e desenvolvimento de técnicas de gerenciamento energético para instalações residenciais
Doutorando: Bruno Aguilar da Cunha
Orientador: Fernando Pinhabel Marafão (UNESP)
Doutorando: Fernando Deluno Garcia
Orientador: Fernando Pinhabel Marafão (UNESP)
Coorientador: Wesley Angelino de Souza (UFSCAR)
IC FAPESP: Marcella de Sant’Anna
Orientador: Fernando Pinhabel Marafão (UNESP)
Neste tema, três linhas principais podem ser destacados:
1) Desagregação de cargas residenciais: nesta linha o foco tem sido o desenvolvimento de técnicas
de análise dos sinais de tensão e corrente visando a consolidação dos chamados Medidores Cognitivos
de Energia (MCE). O conceito dos MCE é basicamente relacionado ao uso de técnicas de inteligência
artificial e métodos de desagregação de carga para o monitoramento não-intrusivo das cargas (NILM).
Assim, tem-se feito uso de características microscópicas relacionadas ao consumo das cargas, aliadas a
uma máquina de estados que visa identificar quando cada tipo de carga é ligada ou desligada. Desta
forma, fazendo-se uso de um banco de dados de cargas domésticas, criado a partir da aplicação da
Teoria de Potência Conservativa, foi proposta uma nova técnica de desagregação de cargas com índice
de acerto superior a 95%. Acredita-se que com técnicas de desagregação de cargas eficientes, os MCE
serão especialmente importantes para prover informações para sistemas de gerenciamento energético
residencial.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
37
Publicações:
De Souza, Wesley Angelino; Garcia, Fernando Deluno; Marafão, Fernando Pinhabel ; Da Silva, Luiz
Carlos Pereira ; Simões, Marcelo Godoy. Load Disaggregation Using Microscopic Power Features and
Pattern Recognition. Energies, 2019. (Submetido).
Souza, Wesley A.; Marafão, Fernando P.; Liberado, Eduardo V.; Simões, Marcelo G.; Da Silva, Luiz C.
P. A Nilm Dataset for Cognitive Meters Based on Conservative Power Theory and Pattern Recognition
Techniques. Journal Of Control, Automation And Electrical Systems, v. 1, p. 1-14, 2018.
Souza, W. A.; Marafão, F. P.; Garcia, F. D.; Paes, F. L. Gerenciamento de Consumo Elétrico Baseado
em Medidores Cognitivos de Energia Elétrica. Congresso Brasileiro de Automática, 2018, João Pessoa.
Anais do CBA 2018, 2018. p. 1-8.
2) Análise de dados climatológicos para previsão de geração de energia: Diversos autores têm
utilizado Redes Neurais Artificiais (RNAs) para realizar classificações através de dados climáticos
históricos e predizer a saída (energia gerada) por painéis fotovoltaicos nas diferentes horas do dia. O
objetivo do trabalho tem sido o de classificar os dados em três diferentes tipos de clima (ensolarado,
chuvoso e nublado) que serão as diferentes saídas da RNA. Essa classificação é necessária para
posteriormente obter a predição de geração que irá compor um sistema de gerenciamento de energia
inteligente. O trabalho é parte de um estudo de revisão bibliográfica para verificar as técnicas relatadas
na literatura. Os resultados confirmam que a rede neural artificial do tipo SOM (self-organization map)
é adequada para a classificação desses cenários climáticos e também indica as arquiteturas mais
adequadas ao modelo, possíveis modificações e quais dados climáticos são necessários para uma
classificação adequada e robusta.
3) Tecnologias para automação residencial com foco em gerenciamento energético: nesta linha,
foi desenvolvido um projeto de IC com foco em identificar os principais tipos de tecnologias e
produtos disponíveis no mercado internacional, que possam ser utilizadas em conjunto com as técnicas
de desagregação de cargas e predição de geração, para realização do controle ativo de cargas não
prioritárias, permitindo a implementação de diferentes estratégias de gerenciamento do consumo e
geração. O próximo passo será o estudo do impacto de armazenadores de energia no cenário
residencial.
Estudo Comparativo de Técnicas de Minimização de Ondulações de Torque de Motores de
Relutância Variável Trifásicos para Aplicações em Veículos Elétricos Mestrando Marcelo Vinicius de Paula
Orientador Prof. Dr. Ernesto Ruppert Filho
Para a aplicação de motores de relutância variável (MRV) em veículos elétricos, um dos
requisitos é a produção de torque com baixo nível de ondulação. O MRV apresenta vantagens como
robustez, simplicidade, baixo custo e tolerância a faltas e desvantagens como alto nível de ondulação
de torque e ruído acústico. Este trabalho apresenta uma investigação a respeito de técnicas de controle
de torque do MRV para viabilizar aplicações em veículos elétricos. Os princípios de funcionamento do
MRV são discutidos para explicar a presença das ondulações de torque e entender a produção das
perdas elétricas. Apresenta-se também o controle de velocidade para o MRV com ângulos de disparo
fixos e variáveis. Posteriormente, técnicas eletrônicas de controle de torque instantâneo (CTI) e de
controle de torque médio (CTM), como per filamento de corrente através de funções de divisão de
torque (FDT), controle direto de torque (CDT), controle direto de torque instantâneo (CDTI) e controle
direto de torque médio (CDTM) são apresentadas. Propõe-se uma nova forma de calcular o fluxo
magnético concatenado de referência para o CDT visando minimizar as ondulações de torque.
Também é proposta a utilização de tabelas de consulta com ângulos de disparo ótimos para diminuir as
ondulações de torque nos métodos CDTI e FDT. Simulações computacionais foram feitas para verifi
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
38
car os algoritmos de controle. As simulações mostram que a FDT senoidal retorna um menor nível de
ondulação de torque em velocidades inferiores a 10 rad/s. Entre 10 e 150 rad/s o CDTI apresentou
melhor desempenho. Acima desta velocidade o CDTM apresentou melhor desempenho. O CDT, mesmo com a referência de fluxo magnético concatenado sugerida, é competitivo
apenas abaixo da velocidade de base. Com os resultados encontrados fica evidente que o MRV pode
ser utilizado para aplicações que requerem baixo nível de ondulação de torque como na tração de
veículos elétricos. Uma analise das perdas elétricas é apresentada para pontos abaixo e acima da
velocidade de base. O CDTI retorna os maiores níveis de perdas no núcleo para os pontos estudados. O
menor índice de perdas ocorre com o uso da FDT exponencial, para operação abaixo da velocidade de
base, e com a FDT linear, para operação acima da velocidade de base. O CDT é o método que
apresenta os maiores indicadores de perdas elétricas. Os resultados auxiliam na escolha do método de
controle de conjugado considerando as perdas elétricas de acordo com o método, e demonstram que o
MRV é competitivo às outras máquinas utilizadas na indústria para aplicações que requerem baixo
nível de ondulação de torque como aplicações em veículos elétricos.
Teorias de Potência Elétrica Prof. Dr. Helmo Kelis Morales Paredes e Prof. Dr. Fernando P. Marafão
Como apresentado no relatório anterior, estão em andamento estudos com a teoria “Current’s
Physical Components” (CPC), desenvolvida por Lesek Czarnecki.
Resultados já aprovados serão publicados em:
Fonseca, J. V. D.; Pereira, L. A. A.; Moreira, A. C.; Guillardi Jr., H.; Liberado, E. V.; Paredes, H. K.
M.. Implementação de um medidor de potência baseado na CPC utilizando o sistema embarcado
myRIO. CBQEE 2019.
Uma das principais atividades neste tema no último período foi a implementação de várias das
teorias disponíveis na literatura, a saber a CPT, CPC, PQ, STD e FBD, fazendo-se uso de linguagem C
e algoritmos padronizados para obtenção de um setup computacional de fácil utilização e para estudos
de simulação em softwares como PSIM e Matlab/Simulink. Acredita-se que com esta padronização, os
estudos futuros serão facilitados e as comparações das técnicas poderão ser realizadas com mais
agilidade. Até a finalização do projeto temático, espera-se criar um mecanismo de disponibilização
adequado para os algoritmos implementados, através de site ou aplicativo na internet.
Pesquisas em Sistemas de Distribuição Pesquisador Associado: Prof. Dr. Daniel Dotta
Neste segundo ano de trabalho foi desenvolvido com sucesso um protótipo de uma unidade de
medição fasorial sincronizada. Esse protótipo é uma alternativa de baixo custo para a realização de
pesquisas na área de medição fasorial sincronizada, pois, além de apresentar desempenho semelhante à
equipamentos comerciais, é distribuída sob a forma de código aberto. Sendo voltada para aplicações
em sistemas de distribuição, a D-PMU tem a capacidade de operar com altas taxa de amostragem,
comparada à dispositivos do tipo Smart Meters. Com um hardware de dimensões compactas, apresenta
um baixo custo de fabricação e, consequentemente, menor custo para aquisição e instalação de
unidades de D-PMU. Do ponto de vista prático, a arquitetura de D-PMU (Distribution PMU) é
composta por quatro blocos essenciais para o correto funcionamento e obtenção dos sincrofasores que
são apresentados na Figura 1. O protótipo final é apresenta na Figura 2.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
39
Figura 1 – Arquitetura de Hardware da D-PMU
Os resultados obtidos na D-PMU apresentam elevada precisão em relação ao equipamento
comercial RPV-311 (GE). Para o critério de TVE (Total Vector Error), os índices ficam abaixo do
valor médio de 0.1% como apresentado na Figura 3. Estes resultados apresentam spykes de frequência
que podem causar divergência por conta das diferentes arquiteturas de estimação dos sincrofasores,
mas que ficam sempre abaixo do valor máximo de erro de TVE definido por norma 37.118 na
operação com sinais reais. Tal desempenho viabiliza o emprego deste dispositivo em sistemas de
distribuição uma vez que os valores mínimos para esta aplicação de TVE são atendidos. No modo de
operação offline, os valores de TVE entre o algoritmo MatLab e os resultados da D-PMU são
significativamente menores que aos obtidos nos casos de operação online. Isto se deve à similaridade
entre as arquiteturas do MatLab e a implementada na Beaglebone além do não emprego de lementos de
condicionamento e de sincronismo das amostras.
O principal diferencial da D-PMU é a utilização do módulo de PWM para geração e controle da
frequência de amostragem do ADC. Mesmo a Beaglebone possuindo as PRUs, que são recomendadas
para isto, estas unidades precisam executar um conjunto de instruções e operações matemáticas a cada
iteração do código. Caso as PRUs sejam utilizadas para geração de frequência de amostragem, estas
poderão apresentar diferentes tempos de processamento para cada iteração do algoritmo e, no contexto
da D-PMU, causar variações na frequência de amostragem do ADC. O PWM contorna estas
irregularidades pois possui uma arquitetura dedicada apenas a geração dos pulsos de conversão que são
enviados ao ADC, ou seja, cada iteração nos contadores do PWM será de período constante e
independente do número de operações matemáticas que a PRU executa. Por outro lado, o emprego
destas PRUs é necessário, pois permitem aquisitar e decodificar as amostras coletadas pelo ADC em
tempo real sem comprometer ou consumir recursos computacionais do processador principal da
Beaglebone, onde o SO está em execução. O trabalho segue agora com uma série de testes de
desempenho com o objetivo de obter a certificação segundo a norma IEEE C37.118.
Dissertação de mestrado
Maique Correa Garcia. “Desenvolvimento de Plataforma de Hardware para pesquisas e
medição fasorial sincronizada - D-PMU” Dissertação de Mestrado, FEEC-Unicamp, junho de
2019
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
40
Figura 2 – Protótipo desenvolvido
Figura 3 – Validação dos resultados quando comparado com PMU comercial
Gerenciamento da Distribuição
Doutorando Vinicius Carnelossi da Cunha.
Pós-doc Dr. Ricardo Torquato Borges
Atividades orientadas pelo Prof. Dr. Walmir de Freitas Filho
Neste segundo ano de trabalho, aprofundou-se o desenvolvimento de aplicações para Sistemas
Avançados de Gerenciamento da Distribuição (do inglês, DMS – Distribution Management System)
utilizando medições ao longo do sistema de distribuição. Estas medições abrangem tanto dados RMS
fornecidos por medidores inteligentes (e.g., módulo de tensão e potências ativa e reativa), quanto
dados fornecidos por qualímetros com capacidade de medição ininterrupta de forma de onda (medição
gapless). Em tal cenário, destacam-se duas principais aplicações, bem como resultados obtidos até o
presente momento, sendo estas:
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
41
Correção de erros presentes no banco de dados das concessionárias de distribuição (medidores
inteligentes)
Nesta primeira aplicação, objetiva-se corrigir informações incorretas referentes à topologia da
rede, aos parâmetros das linhas e às fases de conexão dos consumidores em sistemas de baixa tensão.
Para tanto, desenvolveu-se um método analítico que requer apenas medições de módulo de tensão e
potências ativa e reativa obtidas em medidores inteligentes. O método foi testado para um alimentador
real completo (redes primária e secundária modeladas) com cerca de 2000 consumidores, sendo
possível estimar adequadamente a topologia da rede (acerto de 90% das linhas presentes no sistema de
baixa tensão), os parâmetros das linhas (80% das linhas apresentam erros praticamente nulos nas
impedâncias estimadas) e fases de conexão dos consumidores (100% de acerto). Ademais, testes de
sensibilidade foram conduzidos a fim de quantificar a influência das especificações dos medidores
(e.g., resolução e erros de amostragem) no desempenho do método. Verificou-se que, caso medidores
de alta precisão (i.e., classe de precisão de 0,2% ou 0,5%) sejam utilizados, a solução de compromisso
entre aquisição de dados e eficácia é obtida com a resolução de 1 hora por um período amostral de 10
dias (240 medidas de P, Q e V coletadas por medidor).
Topologia da rede real utilizada e topologia estimada através do método proposto.
(i) (ii)
Erros absolutos na estimação da (i) resistências e (ii) reatâncias das linhas.
Detecção rápida e eficiente de ressonâncias subsíncronas instáveis (medidores de forma de onda)
O objetivo desta segunda aplicação consiste detectar ressonâncias subsíncronas instáveis
presentes em circuitos com geração eólica de forma rápida e precisa. Para isto, desenvolveu-se uma
metodologia capaz de identificar uma ressonância subsíncrona instável em menos de 1 ciclo a partir do
seu início, utilizando medição de forma de onda sincronizada nos dois terminais de uma linha com
compensação série como mostrado abaixo. A impedância da linha é o único parâmetro do circuito que
deve ser conhecido.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
42
Localização das medições necessárias para detecção de ressonância subsíncrona instável.
A partir da forma de onda de corrente e da impedância da linha, estima-se a queda de tensão na
linha, na frequência fundamental. O resultado é subtraído da queda de tensão obtida diretamente via
medições de forma de onda de tensão (as quais possuem tanto a componente em frequência
fundamental quanto potenciais componentes subsíncronas), e o resultado da subtração é a potencial
distorção subsíncrona presente na rede. Em outras palavras, emprega-se a linha como um filtro passivo
para extrair as distorções subsíncronas. As características da ressonância (frequência, amortecimento e
magnitude inicial da corrente subsíncrona) podem então ser calculadas em menos de 1 ciclo da
frequência subsíncrona, como mostrado na figura abaixo.
Etapas do método de detecção de ressonâncias subsíncronas instáveis.
O efeito de fatores como distorções harmônicas presentes nos sinais de tensão e corrente, baixa
taxa de amostragem das medições e erros nos parâmetros da linha também foram investigados. O
método é robusto para distorções de tensão de até 2%, taxas de amostragem de pelo menos 64
amostras por ciclo, e erros de até 5% nos parâmetros da linha.
Orientações e supervisões em andamento:
Doutorado:
o Título: Desenvolvimento de metodologias para integração em sistemas de gestão da
distribuição na presença de fontes distribuídas de energia e medidores inteligentes;
o Pesquisador: Vinicius Carnelossi da Cunha. Bolsista FAPESP, processo #2017/10476-3.
Pós-doutorado:
o Título: Metodologias para a Integração de Medições de Alta Resolução no Gerenciamento dos
Sistemas Modernos de Distribuição de Energia Elétrica;
o Pesquisador: Ricardo Torquato Borges. Bolsista FAPESP, processo #2018/24018-0.
V2 V1, I1
Ger.
AC
DC
DC
ACLinha com
compensação sérieParque eólico
Restante da
rede
Medição
fSSR=1/(2Δt)
2o pico
Etapa 2: filtragem
utilizando os
parâmetros da linha
Etapa 1: medição (não processada)Etapa 3: obtenção das características
da ressonância em 1 ciclo
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
43
Publicação em periódico:
B. Gao, R. Torquato, W. Xu, e W. Freitas, “Waveform-Based Method for Fast and Accurate Identification
of Subsynchronous Resonance Events,” aceito para publicação em IEEE Transactions on Power Systems.
Pesquisas em Otimização: Prof. Dr. Christiano Lyra Filho e Alunos Orientados
Configurações Ótimas de Redes de Distribuição de Energia Elétrica com Fontes Fotovoltáicas
Pervasivas
Ellen Marianne Bernal Cavalheiro (aluna de Doutorado)
A pesquisa tem procurado desenvolver estratégias para obter reduções de perdas através da
definição das melhores configurações para operação de redes de distribuição operadas de forma radial
e com fontes intermitentes fotovoltaicas pequenas e pervasivas, ou seja, injetando energia em todos os
nós da rede. As “melhores” configurações são definidas como aquelas que levem a menor perda
possível de energia por efeito joule, atendendo às demandas e escoando as energias produzidas pelas
fontes distribuídas ao longo da rede. O trabalho tem investigado a consequência de pequenas fontes
intermitentes espalhadas na rede na caracterização das melhores configurações.
A principal indagação da pesquisa no período é se há benefícios suficientes de redução de perdas
para justificar a reconfiguração das redes, acompanhando as variações nas demandas médias em cada
um dos nós, decorrentes da intermitência de fontes fotovoltaicas. O aspecto pervasivo das fontes
fotovoltaicas consideradas no estudo caracteriza uma situação extrema que, embora pouco provável
num futuro próximo, auxiliam a compreensão e a definição dos contornos do problema. A questão foi
investigada inicialmente com simulações em um modelo de pequeno porte muito simples, denominado
“problema maquete”. As conjecturas iniciais foram investigadas em um conjunto de simulações em
instâncias de maior porte, com configurações ótimas definidas por um solver ad hoc específico,
desenvolvido com arquitetura BRKGA (biased random-key genetic algorithm).
No conjunto, a investigação permitiu levantar a conjectura preliminar de que as variações de
fluxos nas redes devido às intermitências de pequenas fontes fotovoltaicas não têm um papel
fundamental para a definição das melhores configurações para as redes, que devem ser definidas pelas
distribuições de cargas e pelas gerações distribuídas mais significativas. Uma questão em aberto é a
definição do plano que separa as “fontes pequenas” das “fontes significativas”. Os experimentos
desenvolvidos têm fornecido elementos iniciais para esta caracterização.
Integração de Pequenas Fontes de Geração Sustentáveis aos Sistemas de Transmissão e
Alocação de Indicadores de Falhas para Proteção Adaptativa de Redes de Distribuição de
Energia Elétrica
Caio dos Santos (aluno de Mestrado)
O primeiro tema, “Integração de Pequenas Fontes de Geração Sustentáveis aos Sistemas de
Transmissão”, é o núcleo da pesquisa de Mestrado de Caio, que será defendida nos próximos meses. A
pesquisa vem sendo desenvolvida a partir da observação de que as metodologias desenvolvidas ao
longo dos últimos cinquenta anos para integração de grandes usinas aos sistemas interligados são
inadequadas para estudar cenários onde um conjunto de pequenas usinas precisa ser interligado ao
sistema principal. O trabalho desenvolve uma abordagem de otimização para estudar o novo problema,
considerando simultaneamente a integração de todo o conjunto de usinas. A metodologia propõe a
configuração das linhas, subestações e equipamentos auxiliares. Duas estratégias foram desenvolvidas
para lidar com a complexidade computacional da abordagem: uma aproximação linear por partes
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
44
transforma o problema original em um problema linear misto; um procedimento de pré-processamento
analisa o espaço de soluções, procurando eliminar soluções pouco atraentes do ponto de vista técnico.
Os aspectos particulares da integração de fontes intermitentes são abordados por procedimento de
otimização multiobjectivo.
O segundo tema, “Alocação de Indicadores de Falhas para Proteção Adaptativa de Redes de
Distribuição de Energia Elétrica”, é uma pesquisa complementar desenvolvida por Caio em
colaboração com Petra Bartmeyer (aluna de Doutorado). Desenvolve metodologia baseada em
otimização combinatória com variáveis binárias para encontrar as melhores localizações de
indicadores de falhas em redes de distribuição de energia elétrica. A otimização da localização dos
sensores maximiza o benefício desses componentes, com consequência no aumento da confiabilidade
das redes. Mais especificamente, a metodologia leva ao aumento da precisão na identificação de falhas
temporárias e a melhora na estratégia de coordenação de dispositivos de proteção. Os benefícios são
avaliados através de simulações de Monte Carlo.
Publicações em Conferências
“Configurações de redes de distribuição de energia elétrica com fontes distribuídas considerando
variações de demanda”, E. M. B. Cavalheiro e C. Lyra, Anais do “50o Simpósio Brasileiro de Pesquisa
Operacional”, 6 a 9 de agosto de 2018, Rio de Janeiro, RJ, Artigo 85020, 11 pg
“Connecting a Cluster of Small Renewable Sources to a Power System”, Caio dos Santos & C. Lyra,
aceito para apresentação e publicação nos Proceedings do “IEEE PES Innovative Smart Grid
Technologies Latin America 2019”, 15 a 18 de setembro de 2019, Paper 181, 6pg, Gramado, RS, Brasil.
“Optimal Configuration of Power Distribution Networks with Small Intermittent Energy Sources”, E.
M. B. Cavalheiro & C. Lyra, aceito para apresentação e publicação nos Proceedings do “IEEE PES
Innovative Smart Grid Technologies Latin America 2019”, 15 a 18 de setembro de 2019, Paper 210,
5pg, Gramado, RS, Brasil.
“Allocation of Fault Indicators for Adaptive Protection Schemes”, Caio dos Santos, Petra M. Bartmeyer
& C. Lyra, aceito para apresentação e publicação nos Proceedings do “IEEE PES Innovative Smart Grid
Technologies Latin America 2019”, 15 a 18 de setembro de 2019, Paper 236, 6pg, Gramado, RS, Brasil.
Controle Cooperativo de Sistemas Multiagentes em Grafos Doutorando Daniel Horevicz
Orientador Prof. Dr. Paulo A. Valente Ferreira
O projeto aborda o problema de controle cooperativo multiagentes (Lewis et al., 2014).
Assumimos que os agentes (sistemas dinâmicos) estão conectados por meio de um grafo e que cada
agente (nó do grafo) tem acesso apenas a informações de agentes vizinhos de acordo com a estrutura
(nós e arestas) determinada pelo grafo. O controle cooperativo visa coordenar as ações dos agentes no
sentido de um objetivo global estipulado para o sistema, ao mesmo tempo em que contempla também
objetivos locais dos agentes. A principal motivação do projeto é o controle de microgrids (Bidram et
al, 2017). Durante o último período avançamos na revisão da literatura relacionada aos fundamentos
do projeto, notadamente em tópicos como Controle Ótimo (Lewis e Syrmos, 1995) e Teoria dos Jogos
(Maschler et al., 2013).
O principal problema associado à temática do projeto é a resolução de Equações de Riccati
Acopladas (Lewis e Syrmos, 1995). Realizamos a implementação em MATLAB/Simulink de dois
algoritmos com vistas a resolução desse problema: um algoritmo iterativo clássico baseado em
Álgebra Numérica, e um algoritmo baseado em Redes Neurais/Aprendizado por Reforço. Constatamos
a aderência dos nossos resultados aos reportados em Lewis et al. (2014), tendo o algoritmo clássico
apresentado melhor eficiência computacional. O plano para o próximo período é incorporar elementos
de Jogos Cooperativos (Maschler et al., 2013) à modelagem da interação entre os agentes.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
45
Embora o termo ”Controle Cooperativo” seja usual na literatura do projeto, o que ocorre na
prática é uma adaptação de elementos de Jogos não Cooperativos aos objetivos do controle. Com a
adequada utilização de Jogos Cooperativos, esperamos obter melhores resultados (tanto no sentido do
objetivo global, quanto no sentido dos objetivos locais) do que os disponíveis na literatura.
Bidram, A., Nasirian, V., Davoudi, A. and Lewis, F.L., Cooperative Synchronization in Distributed Microgrid
Control, Springer, 2017.
Lewis, F.L. and Syrmos, V.L., Optimal Control, Second Edition, Wiley, 1995.
Lewis, F.L., Zhang, H., Hengster-Movric, K. and Das, A., Cooperative Control of Multi-Agent Systems, Springer,
2014.
Maschler, M., Solan, E. and Zamir, S., Game Theory, Cambridge, 2013.
Controle de sistemas incertos Atividades coordenadas/orientadas pelo Prof. Dr. João Bosco Ribeiro do Val
As atividades de pesquisa evolveram sobre a noção de controle e de estimação de estados,
mencionada no relatório anterior, a qual estabelece um princípio de cautela ao lidar com sistemas com
dinâmica pouco conhecida. Essa abordagem desenvolve um sentido de robustez o qual utiliza
ferramentas de natureza estocástica e estende e desenvolve a síntese de controladores ou estimadores
robustos aos sistemas estocásticos.
Essas noções podem ser aplicadas a um cenário realista do ponto de vista de uma rede elétrica
inteligente, na qual se agregam vários subsistemas interagindo a partir da troca de informações
restritas, possivelmente corrompidas pelo ruído, considerando também que das dinâmicas envolvidas
são pouco conhecidas. Como já explicitado anteriormente, a tomada de decisões da operação no
sistema integrado formado pela rede elétrica recai sobre alguns elementos com capacidade de controle,
os quais idealmente devem ter a medida exata dos estados e a noção precisa do comportamento
dinâmico dos subsistemas com os quais interage. Entretanto o cenário real é muito distinto, uma vez
que os subsistemas são variantes no tempo, e as dinâmicas estimadas são imprecisas por natureza.
Adiciona-se o fato de que a informação relativa às variáveis importantes é comprometida por várias
razões, tais como o acesso (não é viável medi-las), a precisão do medidor, atrasos e limitações
impostos pela rede de comunicação, entre outros fatores. Assim, resta aos agentes de controle um
cenário de incertezas, no qual as medidas disponíveis são restritas e distorcidas por imprecisões, além
das dinâmicas envolvidas serem pouco conhecidas e subdeterminadas. O objetivo primordial da síntese
de controles é garantir estabilidade ao sistema controlado, ou ao estimador de estados, ao mesmo
tempo em que se procura uma operação otimizada.
O cenário no qual as decisões devem ocorrer sob incerteza, deve assim embutir um princípio de
cautela à entidade controladora, ou seja, frente às incertezas é mais adequado sob certas circunstâncias
abster-se, do que atuar sobre o sistema agressivamente.
A partir desse ponto de vista, essa linha de pesquisa tem desenvolvido modelos baseados na ideia
“Variações Aumentam a Incerteza”, propondo modelos estáticos de estimadores, como também
modelos dinâmicos, incorporados ao problema de controle e filtros para estimação de estados, que
utilizam esse princípio. Um modelo dinâmico a tempo contínuo e a tempo discreto apresentado sob o
acrônimo CSVIU (Control and State Variations Increases Uncertainty) foi desenvolvido e estuda-se a
síntese de controle resultante, Um filtro do tipo Kalman EVIU (Estimation Variations Increases
Uncertainty) em que é possível manter a natureza recursiva desse tipo de filtro e tratar o problema
quando há desconfiança sobre o modelo e a qualidade das medidas também foi explorado. Para o caso
do estimador estático, verificaram-se cenários nos quais o estimador utilizando essa característica tem
o potencial de eliminar a polarização ou reduzir o erro médio quadrático, duas características
estatísticas fundamentais.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
46
Estas são atividades em progresso que durante o período resultaram em uma dissertação de
mestrado relacionada diretamente com o assunto de filtragem e uma tese de doutorado envolvendo o
assunto de estabilidade. Também foram apresentados dois artigos em conferências, foi publicado um
artigo e um segundo artigo foi aceito. O primeiro trata do problema econômico de pesca utilizando os
modelos CSVIU, no qual se explora a região de inação que surge nos modelos, indicando que cautela
deve ser exercida ao se abordar um problema cujo o modelo dinâmico e de controle são poucos
conhecidos. Em particular, se explora a assimetria natural que surge em problemas econômicos e
biológicos entre escassez e abundância, no qual se deve quantificar a incerteza no modelo de forma
assimétrica. Essa característica surge quando o risco associado ao ponto desejável de operação é
assimétrico, e representa um conceito aplicável também aos problemas em questão.
Segue relação de dissertações e produção bibliográfica no período, relacionadas ao tema: Marcos Rogério Fernandes. Filtragem estocástica: variação da estimativa como fonte de incerteza.
Dissertação de mestrado, FEEC–UNICAMP, 2019.
Elmer Lévano Huamaccto. Gerador estendido e estabilidade quase certa para processos de difusão
degenerados. Tese de doutorado, FEEC–UNICAMP, 2018.
“Fishery Management under Poorly Known Dynamics”, João B.R. do Val, Patrice Guillotreau and
ThomasVallée. European Journal of Operational Research, vol. 279, n.1, p. 242–257, 2019 DOI:
10.1016/j.ejor.2019.05.016
“When Control and State Variations Increase Uncertainty: Modeling and Stochastic Control in
Discrete Time”, Filipe C. Pedrosa, João C. Nereu, João B. R. do Val. Automatica, Accepted
provisionally as Regular Paper
“Filtering of Poorly Known Systems: Estimation Variations as Source of Uncertainty”, Marcos R.
Fernandes, João B. R. do Val and Rafael F. Souto. 2018 IEEE 57th 2 Annual Conference on
Decision and Control (CDC), Miami Beach FL, USA. Dec 17- 19 2018, p. 3074–3079 DOI:
10.1109/CDC.2018.8619306
“Filtragem de sistemas não-lineares: considerando a variação da estimativa como fonte de incerteza”,
Marcos R. Fernandes, Rafael F. Souto e João B. R. do Val, Congresso Brasileiro de Automática
CBA2018, João Pessoa, PB, 2018
Plataformas de Comunicação e Informação para Redes Inteligentes
Plataforma C&I
Atividades desenvolvidas pelos doutorandos J. F. Guerreiro e H. Guillardi Jr.
Uma importante etapa do projeto é a implantação de um painel de emulação de rede com coleta e
armazenamento dos dados.
As estruturas físicas de dados e conexões dos equipamentos são foram definidas. A estrutura
(imagem que segue) prevê a segmentação da rede, provendo segurança de acesso restrito aos
equipamentos, além de não interferir com a arquitetura de TI já instalada na instituição sede. Essa
estrutura é a evolução da apresentada no relatório anterior.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
47
Ilhas de rede e interação entre os diferentes equipamentos da estrutura prevista para emulação de rede.
Bem como todo o projeto físico para aquisição e condicionamento dos sinais de tensão e corrente
de cada um dos 12 barramentos que comporão a estrutura de emulação no painel. As imagens que
seguem mostram o 3D das placas a serem produzidas para interfacearem o sistema de controle cRIO
da National Instruments escolhido com os sensores e acionamentos previstos no painel de emulação de
rede, bem como prover todas as proteções e diagnósticos necessários.
Conceituação e proposta de Geradores Sustentáveis Inteligentes Prof. Dr. Leonardo de Souza Mendes
1. Objetivo
Desenvolver estudos e pesquisas em Energia Inteligente (Smart Energy) e Gestão de Negócios
em Energia Inteligente com vistas a soluções inovadoras voltadas à geração e à distribuição de energia,
ao monitoramento, ao controle e à auditoria remota de produtos e sistemas de energia inteligentes e ao
desenvolvimento de sistemas de mineração e análise de dados (tanto dados administrativos e de gestão
quanto os dados técnicos de gerência e operação de serviços) buscando o aperfeiçoamento das
tecnologias e soluções relacionadas com o Negócio de Energia Inteligente (Smart Energy Business).
Como resultados secundários, estaremos observando as oportunidades de estudos e pesquisas em áreas
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
48
correlatas como Sustentabilidade Inteligente (com aplicações em gestão de energia e água), edifícios e
casas inteligentes, saúde inteligente e Indústria 4.0.
2. Descrição
Nosso trabalho tem como objetivo o estudo e o desenvolvimento de técnicas para a coleta, o
tratamento e a análise dos dados a partir da operação em campo de geradores elétricos com vistas à
produção de um sistema de apoio à tomada de decisão na área de operação remota, bem como a
manutenção destes tipos de equipamentos.
Tendo como meta geral o desenvolvimento de estudos e pesquisas na aplicação de técnicas de
Mineração e Ciência de Dados e no desenvolvimento de processos de Tomada de Decisão mediado por
Análise de Dados nas áreas de Energia Inteligente (Smart Energy) e Gestão de Negócios em Energia
Inteligente, detalhamos as atividades que vêm sendo desenvolvidas dentro do escopo deste projeto. As
atividades desenvolvidas são:
1. Estudo dos equipamentos de geração de energia usando motores a combustão interna, seus
painéis elétricos de distribuição e controle e seus sistemas de monitoramento remotos;
2. Estudos visando a conversão dos geradores a diesel para operação com combustíveis
alternativos como Etanol e Biogás;
3. Levantamento das informações geradas por estes equipamentos e formatação de uma base
estruturada de análise de dados;
4. Desenvolvimento de uma plataforma de organização da coleta e estruturação dos dados para
dispositivos inteligentes distribuídos em diferentes áreas geográficas;
5. Tratamento dos dados para identificação de dados anômalos;
6. Estudo e aplicação de técnicas de classificação e caracterização dos dados;
7. Levantamento de regras de avaliação de perfis com o objetivo de tomadas de decisão.
Outras atividades que são desenvolvidas dentro do contexto deste projeto são:
1. Sistemas de cadastramento de dados
a. Prontuário de produtos e serviços com proposição de técnicas de identificação e
autenticação de equipamentos
b. Big Data e políticas de acesso aos dados
2. Sistemas e Processos em Smart Grid e Smart Energy (teses de mestrado e doutorado)
a. Smart Energy Management e Smart Energy Broker
b. Analytics Intelligence aplicado em Smart Energy e Smart Energy Business
c. Definição do conceito de geradores inteligentes de energia.
3. Parcerias
A principal parceiria com instituições internacionais vem sendo desenvolvida com a Swinburne
University of Technology, em Melbourne, Austrália. Em 2018 foram realizadas visitas acadêmicas e
científicas em laboratórios de pesquisa e desenvolvimento. Foi proposto um projeto SPRINT que,
entretanto, não foi aprovado pela Swinburne University. Entretanto, continuamos interagindo com os
pesquisadores daquela Universidade, em particular com o Professor Ryszard Kowalczyk, Wipro Chair
of Artificial Intelligence, diretora da Swinburne Key Lab for Intelligent Software Systems da School of
Software and Electrical Engineering, com quem pretendemos atuar conjuntamente neste projeto.
Futuramente, em 2020, pretendemos passar entre 30 e 60 dias na Swinburne University como parte das
atividades de um ano sabático.
O projeto que vem sendo discutido visa o desenvolvimento e uso de modais sustentáveis de
geração de energia, como energia solar, eólica ou de biomassa, e a necessidade de otimizar o consumo
para permitir que estes novos modais possam se tornar economicamente viáveis como parte da nova
matriz energética. Tal eralização demanda a utilização de técnicas avançadas de mineração de dados e
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
49
de inteligência analítica para o gerenciamento, o planejamento e a tomada de decisão em
empreendimentos de energia inteligente. Neste trabalho estudaremos e desenvolveremos o uso de
redes sensoras e monitoramento remoto para investigar as assinaturas comportamentais de geradores
de energia elétrica por biomassa (biogás e etanol) em projetos de geração e consumo distribuídos para
atender tanto projetos de segurança energética contra falha na rede de distribuição, como de
fornecimento complementar de energia para atendimento de demanda em intervalos de consumo na
ponta. Com a análise dos dados esperamos produzir mapas de recomendação tanto para operação
assistida como para operação autônoma de sistemas de geração e fornecimento de energia.
Outras atividades em desenvolvimentos relacionadas ao Projeto
Implantação do Painel LabREI
Atividade coordenada pelo Dr. João I. Y. Ota
A infraestrutura do Laboratório de Redes Inteligentes tem como seu principal equipamento um
painel de interconexões que reproduz uma rede elétrica em escala reduzida, denominada de Painel
LabREI, com o objetivo de emular uma microrrede ou uma rede elétrica inteligente em ambiente
laboratorial onde o comportamento de seus diversos agentes poderá ser observado e estudado de
maneira controlada. Realizou-se um projeto para a montagem do Painel LabREI, o qual foi realizado
por uma empresa terceirizada. Após um processo de seleção, a construção da estrutura física iniciou-se
em seguida por uma nova empresa. A seguir apresenta-se um diagrama contendo os principais
elementos do Painel LabREI.
O Painel LabREI consiste de uma estrutura capaz de emular uma rede trifásica com quatro fios,
distribuído em 13 barras, com a possibilidade de emular uma rede radial ou anel. A figura a seguir
apresenta a parte externa do Painel LabREI, vista frontal e vista da lateral direita.
Situação atual das instalações do LabREI
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
50
Visão conceitual da rede experimental do LabREI
Vista frontal (esquerda) e vista lateral direita (direita) do Painel LabREI.
Montaram-se três compartimentos para o Painel LabREI, no qual em dois localizam-se as treze
barras com o acesso para a rede e para o agente (produtor ou consumidor), e no compartimento
restante serão montadas as estruturas responsáveis pelo sistema de controle, gerenciamento e
configuração. Em cada barra, o acesso à rede de distribuição pela carga (linear ou não-linear) ou pela
fonte de energia renovável (emulada por fontes programáveis ou de fontes reais) é controlado através
de contatores, e é disponibilizado espaço e estrutura para a instalação de Medidores Inteligentes, os
quais podem ser equipamentos comerciais ou desenvolvidos dentro do contexto do projeto temático.
O acesso das cargas e inversores ao Painel LabREI é realizado através de tomadas trifásicas
industriais, as quais fornecem uma maior segurança na conexão e permitem flexibilização na
composição das cargas e fontes, monofásicas ou trifásicas. Estabeleceu-se o uso de cabos singulares de
35 mm2 para a interconexão entre as barras.
Bidirectional Programable
Three-phase
100 kVA supply Utility interface
Grid former
B 3 B 2 B 5 B 6 B 7
B 9 B 10 B 11 B 4
B 1 G 1
P
Q
H Prosumer unity Intelligent meter
DC/A
C
PV or Battery
Load
P Q H
Prosumer unity Intelligent meter
PV or Battery
Load
DC/AC
P Q H
Prosumer unity Intelligent meter
DC/AC PV or Battery
Load
B8
PU PU
P Q H
Intelligent meter
DC/AC
Battery
PU
P Q H
Prosumer unity Intelligent meter
DC/
AC PV or Battery
Load PU: “Prosumer” unity
Grid controller unity
B 12 B13
PU PU
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
51
Os cabos são distribuídos em eletrocalhas localizadas acima do Painel LabREI, e estendem-se
por cerca de 12 metros ao longo da estrutura física do LabREI. Cada lance de cabos entre duas barras
tem cerca de 25 m de comprimento. Além da instalação de cabos de energia e equipamentos de
manobra, prevê-se um sistema de gerenciamento, configuração, validação de medidas e
monitoramento da rede, o qual será realizado majoritariamente pelo sistema cRIO™ (Compact
Reconfigurable Input Output) da National Instruments®, juntamente com placas específicas para a
aquisição de dados e sinais de controle dos dispositivos de manobra.
Prevê-se também um servidor para o armazenamento e processamento dos dados adquiridos pelo
sistema cRIO™ e placas de aquisição, além dos dados adquiridos pelos Medidores Inteligentes. O
mesmo servidor permitirá o acesso externo e seguro ao Painel LabREI pelas universidades parceiras,
através de validação de usuário e senhas.
A estrutura está em fase final de construção. O servidor e o sistema o sistema cRIO™ já foram
comprados e estão em fase de instalação e configuração, assim como os demais módulos de estruturas
de controle, configuração e monitoramento do Painel LabREI, o qual inclui a inserção de placas de
aquisição de corrente e tensão no ponto de acesso à rede de cada barra. A parte elétrica está
praticamente finalizada, destacando-se o acesso a dois inversores fotovoltaicos (monofásico e trifásico)
que permitem a possibilidade de uso direto de fontes de energias renováveis no Painel LabREI. A
chave de comutação permite que a energia produzida por 51 painéis fotovoltaicos (cerca de 15 kW)
seja entregue à rede elétrica convencional quando não é utilizada pelo Painel LabREI. Tomadas
trifásicas industriais foram instaladas para a alimentação das fontes programáveis.
Apresentam-se a seguir o detalhe de uma estrutura individual de uma barra, a instalação do
painel elétrico junto com a conexão aos inversores fotovoltaicos, e a placa de aquisição.
Detalhe de uma barra individual do Painel LabREI (esquerda) e painel elétrico e acesso aos inversores
fotovoltaicos (direita).
Sistema de Monitoramento de Correntes e Tensões para Microrrede do LabREI
Estão em desenvolvimento as definições de software necessárias para gerenciamento dessa
estrutura. Adicionalmente, um artigo com a descrição de montagem e operação está sendo formatado
para submissão na revista Hardware-X da Elsevier, o qual servirá como manual para os usuários do
sistema.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
52
Comando digital Condicionamento analógico Medição de tensão de corrente de cada barramento.
Inversor Modular de Alta Frequência para Microrredes e Sistemas Elétricos Aeronáuticos
Atividades desenvolvidas pelos doutorandos J. F. Guerreiro e H. Guillardi Jr.
O desenvolvimento do inversor apresentou avanços desde a primeira versão. A meia ponte
apresentada no relatório 1 foi expandida para duas pontes completas. Durante a operação, cada meia
ponte suportou tensões e correntes de pico na ordem de 450 V / 50A. No entanto, a operação em ponte
completa ainda apresenta desafios, pois as comutações de um braço afeta a dinâmica do outro. Uma
nova versão está em fabricação e será apresentada oportunamente.
O detalhamento do projeto do inversor, bem como a discussão sobre os avanços e adversidades
serão apresentadas no artigo submetido para a 15th Brazilian Power Electronics Conference
(COBEP/SPEC):
J. F. Guerreiro, H. G. Júnior and J. A. Pomílio, “Design procedures and prototyping of a
FET-based high frequency power inverter.” COBEP/SPEC 2019.
Protótipo em versão 3D do inversor Bancada de teste do inversor (ao centro)
Desenvolvimento de Placa de Controle Para Inversor Modular De Alta Frequência
Atividades desenvolvidas pelos doutorandos J. F. Guerreiro e H. Guillardi Jr.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
53
Seguindo o desenvolvimento do inversor, uma placa foi realizada para aplicações de comando e
controle. Sendo compatível com os DSPs da linha F283xx da Texas Instruments, a placa possibilita:
comando de três pontes completas, aquisição de oito sinais de tensão e oito de corrente, acionamento
de cinco relés/contatores, comunicação RS232, CAN, SPI e I2C e conexão com a rede de dados via
ethernet. O diferencial desta placa está no uso da plataforma Beaglebone black, através da qual é
possível comunicar o conversor à internet, criar interfaces de alto nível e processamento. A
comunicação dos inversores é fundamental para possibilitar a operação cooperativa em uma
microrrede, uma vez que, viabiliza o compartilhamento de potência, bem como ações de controle para
estabilizar o sistema.
Placa de controle com entradas analógicas e comunicação ethernet
Desenvolvimento do Medidor de Energia
Atividades desenvolvidas pelos doutorandos J. F. Guerreiro e H. Guillardi Jr.
O medidor de energia apresentado no relatório anterior foi construído e está em fase de testes de
software, vide figura a seguir. Este medidor será conectado na microrrede para fazer a aquisição de
dados das formas de onda de tensão e corrente, as quais serão disponibilizadas via servidor. Os dados
gerados poderão ser utilizados para estudos de teorias de potência, estabilidade, desagregação de
cargas, qualidade da energia, eficiência energética, dentre outros.
Protótipo de medidor inteligente Amostragem de tensão realizada com o medidor
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
54
Atualização estrutural do Laboratório de Condicionamento de Energia Elétrica (LCEE)
Houve atualizações na estrutura do Laboratório de Condicionamento de Energia Elétrica
(LCEE), com o objetivo de adequar-se às atividades de suporte ao LabREI. Finalizou-se a reforma
estrutural (física e elétrica) no início de 2019, e deslocou-se bancadas e equipamentos para o local.
Também se aperfeiçoou a bancada para a construção e soldagem de protótipos que utilizam-se da
tecnologia SMD, adequados para as aplicações modernas de eletrônica de potência.
Espera-se que parte das pesquisas do LCEE seja voltada para conversores eletrônicos de potência
(CEPs) para aplicações de redes inteligentes e microrredes. Uma vez validados em laboratório e em
operação “stand-alone” (CEP conectado a uma fonte), os CEPs podem ser imediatamente testados em
ambientes complexos de redes elétricas, possibilitados pela estrutura do Painel LabREI, dessa forma
permitindo a verificação de situações adversas nas quais o teste “stand-alone” do CEP não é capaz de
reproduzir.
Laboratório de Condicionamento de Energia Elétrica: após a reforma estrutural (esquerda), e com a volta dos
equipamentos e bancadas (direita).
Nova estação de solda SMD.
Conclusões do Relatório do 2º ano de atividades
As atividades estruturais do projeto, especialmente a implantação do LabREI, seguem dentro do
cronograma estabelecido.
As atividades realizadas pelo conjunto de pesquisadores e seus orientandos é bastante
satisfatória, como pode se verificar pelos aspectos quantitativos de publicações e trabalhos de
conclusão. No que se refere a teses e dissertações espera-se um aumento na produção nos próximos
anos, em função do amadurecimento dos temas de pesquisa, especialmente nos doutorados.
Com a disponibilização da infraestrutura do laboratório espera-se incrementar as atividades
interdisciplinares, que é um dos focos deste projeto.
As colaborações internacionais têm se intensificado, com a consolidação daquelas presentes
desde a proposição do projeto (Univ. de Pádua, Colorado School of Mines e Norwegian University of
Science and Technology) e com novas parcerias estabelecidas ou em tratativas com a Swinburne
University e com o Royal Melbourne Institute of Technology, ambos na Austrália.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2
55
Também as parcerias nacionais com pesquisadores de diversas Universidades Federais têm sido
muito produtivas e devem seguir com intensa colaboração.
Além de tais parcerias acadêmicas o Projeto tem contado com importantes colaborações
industriais, como da PHB Solar e da SEW, com a doação de equipamentos. Além disso, o Projeto tem
se beneficiado de projetos de P&D com a CPFL Energia, em andamento na Unicamp, havendo uma
grande probabilidade de, a partir de 2020, contar com recursos adicionais para o LabREI por conta de
um novo projeto na área de microrredes.
Em relação aos recursos, conforme explicitado no relatório da Prestação de Contas apresentado à
equipe do Projeto, houve uma despesa mais elevada do que a inicialmente prevista para a realização do
painel de interconexões. Com isso as despesas de custeio precisarão ser dimensionadas com maior
atenção para permitir o funcionamento do projeto pelos próximos três anos.
Especialmente com a boa reserva de recursos de Benefícios Complementares, acredita-se ser
possível tal encaminhamento, embora seja desejável que os pesquisadores busquem, por meio de
apoios à pesquisa individuais, ampliar os recursos de custeio.
top related