PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 1

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Projeto Temático

Pesquisas Interdisciplinares em Redes

Inteligentes de Energia Elétrica

Processo 2016/08645

Relatório Científico Ano 1 (julho de 2017 a junho de 2018)

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Relatório Científico Ano 1 (julho de 2017 a junho de 2018)

Processo 2016/08645

Projeto: Pesquisas Interdisciplinares em Redes Inteligentes de Energia Elétrica

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. 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

Equipe Ano 1:

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 Guilhardi 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

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

Alex de Sá Martins – estudante de mestrado

Felipe Augusto Ferreira de Almeida – estudante de doutorado

Daniella Gonzales Tynois da Silva – estudante de doutorado

Marcelo Tirolli – estudante de doutorado

Alexandre Marcelo Borges - estudante de mestrado

Danilo Monteiro Caldas – estudante de mestrado)

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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

Instalações e montagens

Ensaios operacionais e finalização da

instalação

Desenvolvimento de pesquisas

Produção acadêmica

Implantação de sistema para acesso

remoto

Formação de RH

Relatórios

Compra de equipamentos

Em relação ao previsto no cronograma, pode-se indicar que o andamento das compras está

conforme o previsto. Todos os processos de importação foram encaminhados e os equipamentos ou já

foram recebidos, ou estão encaminhados.

Ainda não foram adquiridos os equipamentos de informática. Optou-se por aguardar o momento

de instalação dos equipamentos da rede experimental para fazer tal aquisição para que se garantisse a

compra dos equipamentos (servidores) mais modernos. Tais equipamentos estão em fase de cotação e

serão adquiridos nos próximos meses, no mercado nacional.

Instalações e montagens

Com a chegada dos equipamentos torna-se possível a implantação da estrutura experimental. O

ambiente está em fase final de instalação, aguardando a chegada dos últimos equipamentos. Após isso,

há que se projetar e instalar o painel de interconexões, parte essencial do LabREI. Este dispositivo terá

que ser desenhado especificamente para o laboratório, uma vez que não existe nenhum produto que se

assemelhe às necessidades deste Projeto. Já foram iniciados contatos com empresas de montagens de

painéis industriais. Espera-se que até o final de 2018 o equipamento esteja disponível para iniciar os

testes.

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.

No primeiro ano foram publicados (ou estão aceitos para publicação) 40 artigos.

Além disso, diversas teses e dissertação, mesmo tendo sido iniciadas antes da vigência deste

projeto, beneficiaram-se e tem se beneficiado dos recursos e estruturas vinculadas. Desta forma,

antecipando resultados de formação de recursos humanos.

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PRODUÇÃO VINCULADA AO PROJETO (ATÉ JULHO DE 2018)

Publicações em Periódicos:

1. "Optimal configuration of power distribution networks with variable renewable energy

resources", E. M. B. Cavalheiro, A. H. B. Vergílio e C. Lyra, Computers & Operations

Research . http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0305054817302526

2. "Design of Coordinated Decentralized Damping Controllers for Power Systems Considering

Uncertainties", M. E. C. Bento, D. Dotta, R. Kuiava, R. A. Ramos; Journal of Control,

Automation and Electrical Systems, Available online: https://doi.org/10.1007/s40313-017-

0351-x

3. "Evaluation of Pattern Recognition Algorithms for Applications on Power Factor

Compensation", A. C. Moreira, H. K. M. Paredes, W. A. de Souza, P. H. J. Nardelli, F. P.

Marafão, L. C. P. da Silva, Journal of Control, Automation and Electrical

Systems, doi.org/10.1007/s40313-017-0352-9

4. "Design of Computational Experiment for Performance Optimization of a Switched Reluctance

Generator in Wind Systems” Neto, Pedro; Barros, Tarcio Andre dos Santos ; de Paula, Marcelo

Vinicius ; de Souza, Ramon Rodrigues ; Filho, Ernesto Ruppert. IEEE Transactions on

Energy Conversion, v. 33, p. 406-419, 2018. DOI: 10.1109/TEC.2017.2755590

5. "Power Quality Study and Analysis of Different Arc Welding Machines", Moreira, A.C., da

Silva, L.C.P.; Paredes, H.K.M.; Journal of Control Automation and Electrical Systems

(2018). doi.org/10.1007/s40313-017-0363-6

6. “Automatic Characterization System of Switched Reluctance Machines and Nonlinear

Modeling by Interpolation Using Smoothing Splines”, Barros, Tarcio A. S.; Neto, Pedro J.

Santos; Paula, Marcelo V.; Moreira, Adson B.; Filho, Paulo S. Nascimento; Filho, Ernesto

Ruppert. IEEE Access, v. 6, p. 26011-26021, 2018. DOI: 10.1109/ACCESS.2018.2825607

7. “Centralized Control Center Implementation for Synergistic Operation of Distributed

Multifunctional Single-Phase Grid-Tie Inverters in a Microgrid”; H. K. Morales Paredes; J. P.

Bonaldo; J. A. Pomilio, IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 65, no. 10, pp.

8018-8029, 2018, DOI: 10.1109/TIE.2018.2801780

8. "A Simplified Robust Control Design Method for Wide Area Damping Controllers", Raul T.

Bernardo e D. Dotta, IEEE Latin America, http://ieeexplore.ieee.org/document/8327399/

9. "Identification of the Most Effective Point of Connection for Battery Energy Storage Systems

Focusing on Power System Frequency Response Improvement", T. Pieroni e D. Dotta,

Energies, http://www.mdpi.com/1996-1073/11/4/763

10. "A Procedure to Design Fault-Tolerant Wide-Area Damping Controllers", M. E. C. Bento ; D.

Dotta; R. Kuiava; R. A. Ramos, IEEE Access, Electronic ISSN: 2169-3536,

DOI: 10.1109/ACCESS.2018.2828609

11. "Synergistic Operation between Battery Energy Storage and Photovoltaic Generator Systems to

Assist Management of Microgrids", T. D. C. Busarello; H. K. M. Paredes; J. A. Pomilio; M.

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G. Simoes, IET Generation, Transmission & Distribution, DOI: 10.1049/iet-gtd.2018.0314 ,

Available online: 05 April 2018

12. "Trends and Constraints on Brazilian Photovoltaic Industry: Energy Policies, Interconnection

Codes and Equipment Certification", F. P. Marafao; A. M. dos Santos Alonso; F. A. S.

Goncalves; H. K. Morales Paredes; A. C. G. Martins; D. I. Brandao, IEEE Transactions on

Industry Applications, 2018, DOI: 10.1109/TIA.2018.2833422, Print ISSN:0093-9994,

Electronic ISSN: 1939-9367, Available online: 04 May 2018

13. “Intelligent Expert System for Power Quality Improvement Under Distorted and Unbalanced

Conditions in Three-Phase AC Microgrids”, A. C. Moreira, H. K. M. Paredes, W.A. de Souza,

F. P. Marafão, IEEE Transactions on Smart Grid, DOI: 10.1109/TSG.2017.2771146

14. “Validação Experimental de uma Microrrede Com Controle Centralizado e Despachável”, D. I.

Brandão, J. A. Pomilio, F. P. Marafão, A. M. dos Santos Alonso, Eletrônica de Potência,

Vol. 23, nº 3, PP. 281-291, 2018, https://dx.doi.org/10.18618/REP.2018.3.2779

15. “Review of chopping factor related to active islanding detection methods for photovoltaic

inverters connected to the utility grid”, M. V. G. dos Reis, M. G. Villalva, D. I. Narvaez, L. S.

Araujo, H. S. Moreira, T. G. Siqueira, , IAENG Transactions on Engineering Sciences, Special

Issue for the International Association of Engineers Conferences Volume II. 1ed.San Francisco,

EUA: World Scientific, v. 2, p. 313-343, 2018

16. "Coordinated control of three- and single-phase inverters coexisting in low

voltage microgrids", Danilo I. Brandao, Lucas S. de Araújo, T. Caldognetto, J. A.

Pomilio, Applied Energy, Elsevier, Volume 228, 15 October 2018, Pages 2050-2060,

https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.07.082

17. “Performance Comparison of DC and AC Controllers for a Two-Stage Power Converter in

Energy Storage Application”, D. I. Narvaez, M. V. G. dos Reis, T. A. S. Barros, E. Ruppert

F., M. G. Villalva, , Electric Power Systems Research, Elsevier, 2018 (aceito para publicação).

18. "A proposal for a wind system equipped with a doubly fed induction generator using the

conservative power theory for active filtering of harmonics currents”, Souza, R. R. Moreira, B.

A.; Ruppert, E. ; Barros, T. A. S. Electric Power Systems Research, 2018 (aceito para

publicação).

Publicações em Conferências (artigos completos, inclui artigos aceitos)

1. "Low cost digital module for demonstration of modulation strategies in DC-to-AC converters".

Matheus B. Dias, Flavio A. S. Goncalves, Fernando P. Marafao, Helmo K. M. Paredes.

Brazilian Power Electronics Conference (COBEP), 2017, JUIZ DE FORA.

DOI: http://dx.doi.org/10.1109/cobep.2017.8257258

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2. “Fuzzy-granulation based controller for low distortion in PWM inverter with reduced load

power”, Dante Inga Narváez; Marcelo G. Villalva; Evelyn Lopez Vasquez, 2017 Brazilian

Power Electronics Conference (COBEP) DOI: 10.1109/COBEP.2017.8257238

3. “An experimental comparative study of perturb and observe and incremental conductance

MPPT techniques for two-stage photovoltaic inverter”, Hugo S. Moreira; Marcos V. Gomes

dos Reis; Lucas S.de Araujo; Tisciane P. e Oliveira; Marcelo G. Villalva, Brazilian Power

Electronics Conference (COBEP), Juiz de Fora. 2017 DOI: 10.1109/COBEP.2017.8257370

4. “A guideline for employing PSIM on power converter applications: Prototyping and

educational tool”. Alonso, A. M. S.; Marafao, F. P.; Brandao, D. I.; Tedeschi, E.; Guerreiro, J.

F. Brazilian Power Electronics Conference (COBEP), Juiz de Fora - MG. 2017

DOI: 10.1109/COBEP.2017.8257284

5. “Distributed MPPT scheme for grid connected operation of photovoltaic system using cascaded

H-bridge multilevel converter under partial shading”, T. H. de Abreu Mateus, J. A. Pomilio,

R. B. Godoy, J. O. P. Pinto, 4th IEEE Southern Power Electronics Conference (SPEC), Puerto

Varas, Chile, 4 a 7 de Dezembro de 2017, DOI: 10.1109/SPEC.2017.8333660

6. "A stochastic approach for robustness: a H2-norm comparison”, Vinícius L. Silva, João B. R.

do Val, and Rafael F. Souto. IEEE 56th Annual Conference on Decision and Control (CDC),

pages 1094–1099, Melbourne, Australia, 2017. doi: 10.1109/CDC.2017.8263803.

7. "Stochastic optimal control of systems for which control variation increases uncertainty: A

contribution to the discrete time case”, Filipe C. Pedrosa, João C. Nereu, and João B. R. do

Val. In Systems Man and Cybernetics (SMC) 2017 IEEE International Conference, pages

2279–2284, Banff, Canada, 2017. doi: 10.1109/SMC.2017.8122960.

8. “Battery storage system with active filtering function based on the conservative power theory

for wind generators”, T. D. C Busarello; J. A. Pomilio, 2018 IEEE International Conference on

Industrial Electronics for Sustainable Energy Systems (IESES), Hamilton, Nova Zelândia,

31/01 a 2/02 2018. DOI: 10.1109/IESES.2018.8349844

9. “Technical and economic feasibility analysis for solar photovoltaic generation plants”,

Leonardo Araújo de Medeiros; Marcelo Gradella Villalva; Thais Gama de Siqueira, 2018

Simposio Brasileiro de Sistemas Eletricos (SBSE), DOI: 10.1109/SBSE.2018.8395766

10. “Three/Four-leg inverter current control based on generalized symmetrical components”, E. V.

Liberado, F. P. Marafão, J. A. Pomilio, E. Tedeschi and A. M. dos Santos Alonso, The

Nineteenth IEEE Workshop on Control and Modeling for Power Electronics (COMPEL),

Padova, Italy, 25-28 June 2018.

11. “An Approach to the Design of Stable Distributed Energy Resources”, J. F. Guerreiro, H.

Guilhardi Jr., J. A. Pomilio, The Nineteenth IEEE Workshop on Control and Modeling for

Power Electronics (COMPEL), Padova, Italy, 25-28 June 2018.

12. “Estratégia de ajuste automático da compensação de distúrbios baseada na corrente nominal de

inversores multifuncionais”, J. P. Bonaldo; G. Junior Schiavon; H. K. Morales Paredes; J. A.

Pomilio, Aceito para o 22º Congresso Brasileiro de Automática, setembro de 2018, João

Pessoa, PB.

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13. “Estratégia de Controle para Coordenação de Conversores Monofásicos e Trifásicos

Distribuídos em Microrredes”, Lucas S. Araújo; Augusto M. S. Alonso; Willian M. Ferreira; H.

Couto; D. I. Brandão; F. P. Marafão; J. A. Pomilio, Aceito para o 22º Congresso Brasileiro de

Automática, setembro de 2018, João Pessoa, PB.

14. “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”, T. H. de Abreu Mateus; J. A. Pomilio; R. B. Godoy; J. O. P. Pinto, Aceito para o

22º Congresso Brasileiro de Automática, setembro de 2018, João Pessoa, PB.

15. “Comparação entre métodos de rastreamento do ponto de máxima potência para sistemas

fotovoltaicos sob condições de sombreamento parcial”, H. S. Moreira, M. V. G. dos Reis, K.

B. de Melo, M. K. da Silva, M. G. Villalva, T. G. Siqueira, , XXII Congresso Brasileiro de

Automática, CBA, 2018

16. “A study on the influence of locality in the viability of solar tracker systems”, 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,

XXII Congresso Brasileiro de Automática, CBA, 2018

17. “Review of anti-islanding methods for grid-tied photovoltaic inverters”, M. V. G. dos Reis, D.

I. Narvaez, T. A. S. Barros, H. S. Moreira, M. G. Villalva, XXII Congresso Brasileiro de

Automática, CBA, 2018.

18. “Filtragem de sistemas nãolineares: considerando a variação da estimativa como fonte de

incerteza”, Marcos R. Fernandes, Rafael F. Souto, and João B. R. do Val. In CBA 2018, artigo

aceito.

19. "Filtering of poorly known systems: Estimation variations as source of uncertainty”, Marcos R.

Fernandes, Rafael F. Souto, and João B. R. do Val. In CDC 2018, artigo aceito.

20. “Sistema de Gerenciamento de Consumo Baseado em Medidores Cognitivos de Energia

Elétrica”, Wesley A. de Souza, Fernando D. Garcia, Felipe L. Paes, Fernando P. Marafão

Congresso Brasileiro de Automática, 2018

21. “Aerogeradores full-converter frente aos novos procedimentos de rede do ons relativos a

distúrbios de frequência e tensão”, Danilo Caldas, Angelo Mendonça, Flávio A. Serrão

Gonçalves, Fernando P. Marafão, Congresso Brasileiro de Automática, 2018

22. “Compensação distribuída de harmônicos em microrredes monofásicas de baixa tensão”,

Augusto Matheus dos Santos Alonso, Fernando Pinhabel Marafão, Danilo Iglesias Brandão,

Elisabetta Tedeschi, Congresso Brasileiro de Automática, 2018

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Projetos FAPESP Vinculados

1. 17/16863-9 - 14th Brazilian power Electronics Conference - COBEP 2017, AR.BR

2. 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)

3. 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)

4. 17/25425-5 - Análise de metodologias baseadas em redes neurais artificiais para a

classificação de eventos usando Sincrofasores, BP.MS (Orientador Prof. D. Dotta)

5. 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)

Participações de membros da equipe em eventos:

1. 1º Encontro da Equipe de Pesquisa do Projeto Temático, 28 de julho de 2017,

FEEC/UNICAMP. Apresentação da concessão FAPESP; planejamento de atividades para o

primeiro ano de vigência do Projeto; procedimentos de uso de recursos.

2. 14º Congresso Brasileiro de Eletrônica de Potência – COBEP, Juiz de Fora, novembro de 2017.

Participações com apresentação de trabalhos por F. P. Marafão e Flávio A. S. Gonçalves.

3. 3rd

IEEE Southern Power Electronics Conference – SPEC 2017, Puerto Varas, Chile 4-7

December 2017. Participação e apresentação de trabalho por José Antenor Pomilio.

4. IEEE IESES 2018, Hamilton, New Zealand, January 30 to February 2, 2018. “Battery Storage

System with Active Filtering Function Based on the Conservative Power Theory for Wind

Generators”, Participação e apresentação de trabalho por José Antenor Pomilio.

5. Workshop on Power Theories and Cooperative Control. Talk Prof. José Antenor Pomilio on

“Avionics Microgrids”, 8 de maio de 2018, ICTS/UNESP, Sorocaba. http://www.sorocaba.unesp.br/#!/noticia/900/workshop-on-power-theories-and-cooperative-control/

6. Workshop UNICAMP – Swinburne University of Technology (Austrália). Apresentações das

pesquisas vinculadas ao Projeto pelo Prof. Dr. Leonardo de Souza Mendes. Swinburne

University of Technology, Hawthorn Campus, Melbourne, Austrália, 14 e 15 de maio de 2018.

Estabelecimento de parcerias no contexto do programa SPRINT, da FAPESP.

7. The 19th

IEEE Workshop on Control and Modeling for Power Electronics, Padova, Italy, 25-28

June 2018. Participação do estudante Joel F. Guerreiro, com apresentação de trabalhos.

8. 23rd

International Symposium on Mathematical Programming, Bordeaux, France, 1-6 July, 2018.

Participação com apresentação de trabalho do Prof. Dr. Christiano Lyra Filho.

9. 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.

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Cooperações Internacional e Nacional

O Projeto conta, desde sua proposição, com o apoio e colaboração com os 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.

Ressaltam-se:

Workshop on Power Theories and Cooperative Control. 7 a 11 de maio de 2018,

ICTS/UNESP, Sorocaba. Dentre várias atividades, destacam-se:

Lecture on Conservative Power Theory – Prof. Elisabetta Tedeschi (NTNU)

Talk on Avionics Microgrids – Prof. José Antenor Pomílio (UNICAMP)

Talk on Distributed Harmonic Compensation in Single-Phase Low-Voltage Microgrids –

Msc. Augusto Matheus dos Santos Alonso (UNESP)

NTNU Smart Grid Lab: Topology, equipment’s and potential for cooperation – Prof.

Santiago Sanchez Acevedo (NTNU)

Talk on Assessment of Problems Related to Power Quality in Offshore Platforms – Msc.

Caio Amalfi (UNESP)

Talk on Power Quality, Efficiency and Renewable Energy in Oil and Gas Plataforms –

Prof. Elisabetta Tedeschi (NTNU)

Lecture on DC grids from micro to super – Prof. Santiago Sanchez Acevedo (NTNU)

http://www.sorocaba.unesp.br/#!/noticia/900/workshop-on-power-theories-and-cooperative-control/

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.

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Visita técnica ao SmartGrid Lab, Universidade de Pádua, Itália: M.Sc. Joel Filipe

Guerreiro, para discussão sobre a implantação do LabREI, em junho de 2018 (por ocasião da

realização do IEEE COMPEL 2018). Recebido pelos professores S. Buso e Giorgio Spiazzi.

Smart Grid Lab – Universidade de Padova - Itália

Workshop Swinburne University of Technology e UNICAMP: 14 e 15 de maio de 2018,

Melbourne, Austrália. Estão em andamento discussões visando o estabelecimento de

cooperação com a Swinburne University of Technology, em Melbourn, Austrália. O

Pesquisador Associado, Prof. Dr. Leonardo de Souza Mendes participou do Workshop

realizado com pesquisadores de ambas as Universidades. Prof. Mendes fez apresentações

relacionadas aos projetos e às pesquisas na área de Smart Cities em desenvolvimento na

Unicamp. Na área de Smart Energy, a apresentação focalizou este Projeto Temático. Existe um

acordo de cooperação entre a Swinburne e a FAPESP, dentro do programa SPRINT, que pode

vir a facilitar o estabelecimento desta nova parceria.

Workshop na Universidade de Swinburne – Apresentação do Prof. Leonardo Mendes sobre as ações

relacionadas ao Smart Campus da Unicamp, incluindo as pesquisas deste Projeto.

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Em termos de parcerias nacionais, como indicado nas publicações, 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.

Em termos de parcerias institucionais, foram importantes algumas ações junto às empresas que

forneceram equipamentos para a instalação do LabREI de modo a se obter significativas reduções nos

preços dos equipamentos ou, alterrnativamente, versões mais modernas de equipamentos por preços

menores. As empresas com as quais foi possível realizar essas negociações estão registradas na página

internet do Projeto.

O projeto P&D ANEEL da CPFL Energia referente ao Smart Campus da Unicamp, prevê a

instalação de aproximadamente 90 kWp em painéis fotovoltaicos no entorno da Faculdade de

Engenharia Elétrica e de Computação. A conexão destes dispositivos com a rede física se dará através

de um quadro elétrico instalado no LCEE – Laboratório de Condicionamento de Energia Elétrica, que

dá suporte às atividades experimentais do LabREI. Está previsto que uma parte desta energia poderá

ser injetada na rede experimental do LabREI (e desta, exportada para a rede da CPFL através do

conversor bidirecional).

Está em fase final de elaboração (com previsão de finalização no final de Agosto de 2018) um

projeto de P&D ANEEL, envolvendo CPFL Energia, State Grid - CEPRI (China), UNICAMP e

UFSM. 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 (ou um

edifício) de uma microrrede experimental “real” com potência de 100 kW com as seguintes

características: Infraestrutura experimental incluindo modelagem de operação, desconexão,

religamento à rede, permitindo operação no modo ilhado. Monitoramento de previsão meteorológica,

resiliência e avaliação de desempenho, procedimentos de segurança, questões regulatórias.

Implantação de rede CC.

Observe-se que este é o estágio imediatamente seguinte ao que se propõe, no 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 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 estão previstas duas ampliações, para redes comunitárias

reais, com potência de 300 kW e 500 kW, incluindo sistemas de armazenamento de energia com

baterias e volantes e geração distribuída de diferentes naturezas,incluindo microturbinas.

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 1

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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, serão definidos os critérios para uso das facilidades a usuários

externos.

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 1

13

Relatório Parcial nº 1 Julho de 2017 a Junho de 2018

A seguir são apresentados, de forma sucinta, resultados referentes às várias frentes de pesquisa.

Pesquisas em Eletrônica de Potência e Condicionamento de Energia Elétrica

Uso multifuncional e compartilhado de inversores

Nesta linha, além dos trabalhos contínuos de acompanhamento do estado da arte, foi

desenvolvido um novo algoritmo de controle cooperativo para “Compensação Distribuída de

Harmônicos em Microrredes Monofásicas de Baixa Tensão”. O algoritmo denominado de “Current

Based Control” (CBC) foi desenvolvido sob orientação do Prof. Fernando Marafão e do Prof. Danilo

Brandão (UFMG), que orientaram o mestrado de Augusto M. Alonso dos Santos no tema em questão.

Os primeiros resultados experimentais indicam que o algoritmo é capaz de gerenciar múltiplos

inversores multifuncionais para compensação distribuída de correntes harmônicas em redes

monofásicas. Um artigo está sendo preparado para submissão à revista IEEE Journal on Emerging and

Selected Topics in Power Electronics. Vale ressaltar que Augusto iniciou o doutorado no mesmo grupo

em questão, com bolsa FAPESP vinculada ao projeto e dará continuidade ao tema, visando a expansão

do algoritmo para redes trifásicas, de forma a prover controle de desequilíbrio às redes, bem como

visando o uso de técnicas de controle multiobjetivo para operação estável e otimizada das redes de

baixa tensão com múltiplos conversores conectados.

Sobre a mesma temática, trabalhos de cooperação também tem sido realizados com o Prof.

Danilo Brandão (UFMG), quem foi ex-orientado dos Profs. Pomilio e Marafão nos trabalhos de

doutorado e mestrado, respectivamente.

Ainda vale destacar a atualização recente da norma IEEE 1547-2018, a qual atualmente indica

para a possibilidade concreta dos inversores conectados às redes de baixa tensão participarem do

controle ativo da tensão da rede, bem como para compensação de distúrbios de corrente e/ou tensão.

Tal atualização reforça a necessidade do desenvolvimento de tecnologias (conversores, controladores,

metodologias, etc.) para a interoperacionalidade de dispositivos nas redes modernas de energia.

O tema de estabilidade de redes elétricas de energia tem sido estudado através da impedância

característica de cada conversor. Em uma microrrede, diversos conversores são conectados em

paralelo. O funcionamento do controle do conversor, junto com seu filtro de saída cria uma

impedância que pode ser usada para estudar a dinâmica deste conversor junto com os outros.

Estudos nesse tema, até o momento, levaram a resultados dos quais se destacam:

IEEE Trans. on Industrial Electronics: Centralized Control Center Implementation for Synergistic

Operation of Distributed Multifunctional Single-Phase Grid-Tie Inverters in a

Microgrid; H.K.M.Paredes; J.P.Bonaldo; J.A.Pomilio, , 2018, DOI: 10.1109/TIE.2018.2801780

Foi discutido e apresentado um controle distribuído e coordenado de inversores multifuncionais

ligados à rede elétrica, assim como a implementação de uma central remota para controlar os

inversores distribuídos. Os inversores dentro da microrrede são controlados e supervisionados através

de uma rede de comunicação TCP/IP, a qual permite o enviado de comandos para os inversores, bem

como monitorar e medir as grandezas elétricas de interesse de cada inversor em uma microrrede.

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 1

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IET Generation, Transmission & Distribution, "Synergistic Operation between Battery Energy

Storage and Photovoltaic Generator Systems to Assist Management of Microgrids", T. D. C.

Busarello ; H. K. M. Paredes; J. A. Pomilio; M. G. Simoes, DOI: 10.1049/iet-gtd.2018.0314 ,

Print ISSN 1751-8687, Online ISSN 1751-8695 Available online: 05 April 2018

Neste trabalho é abordada a operação sinérgica dos acumuladores de energia e os sistemas

fotovoltaicos numa microrrede. Os sistemas de armazenamento de energia e os fotovoltaicos podem

trabalhar sinergicamente para auxiliar a operação e gerenciamento da microrrede como um único

agente (armazenadores de energia, sistemas fotovoltaicos, cargas e demais elementos que compõem a

microrrede). Tal que, o único agente (microrrede) resulta num recurso distribuído virtual que obedece

às ordens impostas pelo controle supervisório, como se as cargas não existissem, porém são

alimentadas continuamente. Portanto, o controle supervisório pode estabelecer vários requisitos de

operação da microrrede, como: cancelar a circulação de corrente na entrada da microrrede (ponto de

conexão), compensar as correntes indesejadas no ponto de conexão da microrrede e injetar potência

ativa na rede principal. Os resultados demonstram que, mesmo em condições de sobreaquecimento nas

baterias, flutuação de energia do sistema fotovoltaico e conexão abrupta de cargas altamente indutivas,

a operação sinérgica dos componentes da microrrede foi garantida.

Orientações concluídas no último ano:

1) Augusto Matheus dos Santos Alonso. Distributed Harmonic Compensation in Single-Phase

Low-Voltage Grids. 2018. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica (Bauru)) -

Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, Orientador prof. Dr. F. P. Marafão

2) Guilherme Arantes Quintino dos Santos. Projeto e análise de investimento de um sistema

fotovoltaico para o Campus de Sorocaba da UNESP. 2017. Trabalho de Conclusão de Curso.

(Graduação em Engenharia de Controle e Automação) - Universidade Estadual Paulista Júlio

de Mesquita Filho. Orientador: Fernando Pinhabel Marafão.

3) Lucas Nicolas de Moura Rocha. Estudo das definições de potência associadas às componentes

harmônicas na Teoria de Potência Conservativa. 2017. 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.

4) Bruno Fernandes de Oliveira. Estudo e interpretação da Teoria de Potência Conservativa em

circuitos monofásicos sob condições transitórias. 2017. 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 prof. Dr. F. P.

Marafão

Mestrado em andamento

Implementação de um conversor multifuncional conectado à rede elétrica para compensação de

oscilações de potência instantânea. José de Arimatéia Olímpio Filho (FAPESP – 2017/20987-5);

Orientador Prof. Dr. Helmo K. M. Paredes.

Monografia da qualificação de doutorado de Joel Filipe Guerreiro: “Estabilidade de microrredes

de energia”, aprovada em 15/02/2018, orientador Prof. Dr. José Antenor Pomilio

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 1

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Identificação de fontes e cargas

Nesta linha foi finalizado o trabalho de mestrado de Fernando Deluno Garcia, orientado do Prof.

F. Marafão, no qual foi proposto um “Medidor Cognitivo de Energia para Aplicações em Eficiência

Energética”. Neste trabalho, além de aprimorar as técnicas de desagregação/identificação de cargas

que vinham sendo desenvolvidas no grupo, também foi proposta uma metodologia para caracterizar a

eficiência energética de alguns equipamentos residenciais, em função dos parâmetros elétricos

calculados e dos dados disponíveis através do Selo Procel. Este trabalho será continuado pelo agora

doutorando Fernando Garcia, destacando ainda que um pedido de patente está sendo preparado para

depósito nos próximos meses.

Oreintação concluída:

Fernando Deluno Garcia. Medidor Cognitivo de Energia para Aplicações em Eficiência

Energética. 2018. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica (Bauru)) - Universidade Estadual

Paulista Júlio de Mesquita Filho. Orientador prof. Dr. F. P. Marafão

Para viabilizar o estudo do uso multifuncional e compartilhado de inversores, foi-se

desenvolvido um trabalho na área de microrredes de energia operando em modo droop. O estudo

baseia-se no uso distribuído de conversores de energia com funcionalidades de armazenamento (UPS),

geração (PV) e compensação da energia (MFI). Mais detalhes dos estudos em andamento são

apresentados na publicação: “Dynamic analysis of heterogeneous power converters operating in a

droop-based microgrid”, que fundamenta os estudos em andamento, disponível em

https://ieeexplore.ieee.org/document/7972510/.

Estudos nesse tema, até o momento, levaram a resultados dentre os quais se destacam:

Journal of Control, Automation and Electrical Systems, "Evaluation of Pattern Recognition

Algorithms for Applications on Power Factor Compensation", A. C. Moreira, H. K. M.

Paredes, W. A. de Souza, P. H. J. Nardelli, F. P. Marafão, L. C. P. da Silva,

Este trabalho teve por objetivo avaliar diferentes algoritmos de reconhecimento de padrões para

decidir qual é o dispositivo/equipamento de compensação mais apropriado para melhor o fator de

potência num sistema elétrico. Indicadores como, fator de potência, fator de desequilíbrio de

corrente, distorção de demanda total, distorção harmônica de tensão e variação diária de reativos,

assim como a experiência do operador (engenheiro) do sistema elétrico, foram os principais

parâmetros usados para definir os algoritmos de reconhecimento de padrões. Assim com base nos

resultados, podem ser então definidos procedimentos de operação e conexão de dispositivos de

compensação adequados para melhorar a qualidade da energia elétrica.

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 1

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IEEE Transactions on Smart Grid, “Intelligent Expert System for Power Quality

Improvement Under Distorted and Unbalanced Conditions in Three-Phase AC Microgrids”,

A. C. Moreira, H. K. Morales-Paredes, W. A. Souza, F. P. Marafão, L. C. P. da Silva., 2017.

Trata-se de continuação do trabalho anterior sobre o tema de reconhecimento de padrões. 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 a

escolha do dispositivo e da topologia de compensação está diretamente relacionada com o

comportamento da carga (fonte de tensão harmônica ou fonte de corrente harmonia).

Journal of Control Automation and Electrical Systems, "Power Quality Study and Analysis of

Different Arc Welding Machines", Autores: Moreira, A.C., da Silva, L.C.P. and Paredes,

H.K.M.; (2018). doi.org/10.1007/s40313-017-0363-6

Neste artigo, foi discutida a questão de modelagem e caracterização de cargas

potencialmente perturbadoras. No trabalho foram propostos dois modelos computacionais para

representar as máquinas de solda. Além disso, em vez de uma análise convencional de qualidade

de energia, foram usados os fatores de conformidade de carga (equivalente aos indicadores de

qualidade de energia tradicionais) baseados na CPT1. Como os fatores de conformidade da CPT

representam uma característica específica da carga, as análises e discussões dos resultados

demostraram que a CPT pode ser uma boa opção para estabelecer procedimentos de operação e

conexão de cargas potencialmente perturbadoras no sistema elétrico.

Fontes fotovoltaicas e acumuladores de energia

Inversor multinível em sistemas com sombreamento (desenvolvimento relacionado à tese de

Tiago Henrique de Abreu Mateus)

Estuda-se o uso de conversor multinível ponte-H em cascata para reduzir os efeitos de

sombreamento parcial em sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica. Parte-se da premissa de

individualizar o rastreamento do máximo ponto de potência de cada conjunto gerador. A ação do

controle se dá através de um controle droop robusto que dispensa o uso de algoritmos de sincronismo,

simplifica a atuação no índice de modulação e reduz o número de controladores a serem sintonizados.

CHB-ML

MPPTBalanço de

Potência

Rede elétricaPVs

Controle

SPWM-PS

Sincronismo e Conexão com a Rede

Diagrama de blocos do sistema proposto.

1 Do inglês Conservative Power Theory (CPT)

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 1

17

Para simulações computacionais e validação experimental é utilizado um CHB-ML de sete níveis

com fontes de tensão representando os PV isolados. Os painéis fotovoltaicos foram divididos em três

arranjos, cada um com três módulos PVs (200 Wp) em série. Foram realizadas a modelagem e

simulação do módulo fotovoltaico; do conversor multinível; do sistema droop e da modulação PS-

SPWM. A etapa de sintonia dos controladores bem como a simulação de todo o conjunto foi realizada

em plataforma Simulink/MATLAB. A técnica MPPT utilizada é a condutância incremental.

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

MPPTvPV2iPV2

+-

MPPTvPVniPVn

+-

...

∑

PI

PI

...

MPPTvPV1iPV1

+-

PS -

SPWM

PIÍndices de

Modulação

1/(Ls+R) +-

+-

Cál

culo

+-m

n+

-

+-1/sseno

+

+

K/s

K/s

E*

ω*

SQ

SP

Sv

r

s

vo

vr

ir

iv

P

Q

Pset

Qset

ωθ

E

÷

÷

÷

÷

÷

÷

×

×

×

e

ePset

0

...

...

... ...

×

0

Si

p

z

𝑚 𝑛

𝑚 2

𝑚 1

𝑒 1

𝑒 2

𝑒 𝑛

𝑝 1

𝑝 2

𝑝 𝑛

𝑝1

𝑝2

𝑝𝑛

2

(a)

(b)

(i) (ii)

Topologia modular do CHB-ML de 7 níveis para conexão do sistema PV com à rede elétrica; Modelo de controle do CHB-

ML de 7 níveis para conexão do sistema PV com à rede elétrica.

A seguir, é apresentado um exemplo de resultado de simulação no qual um conjunto de módulos

PVs sofre uma variação de irradiância de 1000 W/m2 para 500 W/m

2 e os demais conjuntos

permanecem sob a mesma irradiância, simulando um sombreamento parcial. A Figura3 apresenta

respectivamente a variação das potências ativa e reativa durante essa variação. A potência ativa

fornecida para a rede elétrica estabiliza em 1450 W em cerca de 1 segundo.

Comportamento da potência ativa e reativa mediante redução de irradiação em um dos arranjos PV de 1000 para 500 W/m

2.

O projeto encontra-se na etapa experimental. Está sendo realizada a integração do sistema de

controle com 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 desenvolvido com dSPACE. Para

geração do PS-PWM é utilizado um microcontrolador dsPIC.

4th IEEE Southern Power Electronics Conference (SPEC), “Distributed MPPT scheme for grid

connected operation of photovoltaic system using cascaded H-bridge multilevel converter under

partial shading”, T. H. de Abreu Mateus, J. A. Pomilio, R. B. Godoy, J. O. P. Pinto, Puerto

Varas, Chile, 4 a 7 de Dezembro de 2017, DOI: 10.1109/SPEC.2017.8333660

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 1

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Estudo de Técnicas de Rastreamento de Máxima Potência Tolerantes a Sombras para

Sistemas Fotovoltaicos (Atividades relacionadas ao doutorado de Hugo Soeiro Moreira, com

orientação do Prof. Dr. Marcelo Gradella Villalva)

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 em diferentes padrões de sombreamento. Esses testes são

feitos em simulação pelo software PSIM® e em uma bancada experimental.

O seguinte artigo foi publicado:

XIV Brazilian Power Electronics Conference – COBEP – 2017: An Experimental Comparative

Study of Perturb and Observe and Incremental Conductance MPPT Techniques for Two-Stage

Photovoltaic Inverter.

Estudo e implementação de estratégias de detecção de ilhamento para alta penetração de

inversores fotovoltaicos conectados à rede de distribuição (Atividades relacionadas ao doutorado

de Marcos Vinicios Gomes dos Reis, com orientação do Prof. Dr. Marcelo Gradella Villalva)

A conexão de inversores em sistemas fotovoltaicos de geração distribuída (GD) à rede de

distribuição proporciona vantagens: energia limpa e renovável, a potência gerada está mais próxima

das cargas e a redução da necessidade de implementar e manter mais linhas de transmissão. No

entanto, cria situações de risco para as cargas que estão conectadas ao ponto de acoplamento comum

(PAC) e aos funcionários que mantêm a rede elétrica. Um risco que deve ser evitado é o fornecimento

de eletricidade, por um ou mais inversores, à rede de distribuição após a desconexão da rede elétrica

principal. O ilhamento não intencional pode ser evitado usando técnicas de detecção de ilhamento.

Este trabalho apresenta um estudo detalhado dos principais métodos de detecção ilhamento (MDI)

encontrados na literatura e utilizados em inversores para geração fotovoltaica. Para validar a operação

de estratégias de detecção de ilhamento em uma rede de distribuição de energia elétrica, cinco sistemas

fotovoltaicos monofásicos de dois estágios conectados à rede estão sendo implementados em todo o

programa de Doutorado para a configuração experimental. Dois já estão em operação.

Inversor fotovoltaico conectados à rede elétrica

Artigo publicado:

2017 Brazilian Power Electronics Conference (COBEP), “An Experimental Comparative

Study of Perturb and Observe and Incremental Conductance MPPT Techniques for Two-Stage

Photovoltaic Inverter. Hugo S. M., Marcos V. G. Reis, Lucas S. de Araujo, Tisciane P. e O.,

Marcelo G. Villalva, Joel F. Guerreiro

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 1

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Estudo e desenvolvimento de técnicas de controle para conversores de potência em

microrrede híbrida CA-CC com armazenamento de energia e geração solar fotovoltaica (Atividades relacionadas ao doutorado de Dante Inga Narváez, com orientação do Prof. Marcelo

Gradella Villalva)

A pesquisa tem por objetivo o estudo e desenvolvimento de técnicas de controle para

conversores de potência em uma microrrede híbrida CA-CC que inclui armazenamento de energia e

geração solar fotovoltaica. As microrredes híbridas CA-CC têm sido foco de pesquisa na última

década devido ao fato de conectar as fontes e cargas em corrente alternada (CA) e corrente contínua

(CC) com microrredes de CA e CC respectivamente, as quais são interconectadas através de um

conversor de interface, portanto o custo de instalação e as perdas de potência são reduzidos. O

primeiro passo para o controle dos conversores de potência da microrrede é a modelagem desses

conversores. Vários métodos de modelagem são encontrados na literatura, como o modelo médio,

espaço de estados, modelo de circuito, chave PWM, modelo aproximado e outros. São estudadas

técnicas de controle para um inversor para bateria e inversor híbrido solar-bateria, além de algumas

estratégias de controle para o gerenciamento de energia em uma microrrede híbrida CA-CC. As

técnicas de controle serão baseadas nos métodos clássicos e outros modernos tais como redes neurais

artificiais, lógica fuzzy e modos deslizantes, e as respostas desses métodos serão comparadas com o

intuito de verificar as vantagens e desvantagens dos métodos quando são aplicados a uma microrrede

híbrida CA-CC. A pesquisa envolve o estudo, modelagem, simulação e verificação experimental do

desempenho de métodos de controle clássicos e modernos ao ser aplicados a uma microrrede híbrida

CA-CC com dois conversores de potência em CA e dois conversores conectados ao barramento CC.

Artigo publicado

Brazilian Power Electronics Conference, COBEP 2017, “Fuzzy-granulation based controller

for low distortion in PWM inverter with reduced load power”, D. I. Narváez, M. G. Villalva,

E. L. Vasquez,.

Análise de topologias de conversores CC/CC aplicados a Otimizadores de Energia para

Sistemas Fotovoltaicos (Atividades relacionadas ao mestrado de João Lucas de Souza Silva, com

orientação do Prof. Dr. Marcelo Gradella Villalva)

Em virtude da limitação e ausência de estudos referentes a otimizadores para sistemas

fotovoltaicos, o projeto pretende realizar uma análise das topologias de conversores CC/CC presentes

na literatura e avaliar a sua eficiência quando utilizado como otimizador de energia para sistemas

fotovoltaicos (POPS). A metodologia empregada será simulações variando as topologias de

conversores CC/CC em um sistema fotovoltaico sob condições não uniformes e, em seguida, testes em

bancada com um POPS. Como resultados, espera-se preencher uma lacuna existente na literatura,

descrevendo características de topologias de conversores CC/CC que possam ser consideradas para uso

interno ao POPS. Uma das formas de melhorar o rendimento de SFs é realizar o rastreamento de

pontos de máxima potência (MPPT) de forma constante. Geralmente, isso é feito pelo(s) conversor(es)

de um SF em um grupo de painéis. Mas, se utilizado MPPT em cada painel, os resultados são mais

satisfatórios. Visando monitorar o MPPT individualmente, surgiu soluções como o uso de

microinversores. Mais recentemente, surgiram os Otimizadores de Energia para sistemas fotovoltaicos

(POPS) que são dispositivos utilizados como uma interface entre o gerador fotovoltaico e inversor

(CC/CA). Os POPS controlam o MPPT de cada painel individualmente. Logo, os POPS são

conversores CC/CC com um algoritmo de MPPT, que deve ter elementos de tamanho reduzido

facilitando a montagem atrás do painel fotovoltaico. Com isso, consegue reduzir ainda mais os custos

quando comparado ao microinversor.

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 1

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Projeto e implementação de um protótipo eletrônico para inspeção de módulos e arranjos

fotovoltaicos (Atividades relacionadas ao mestrado de Rafael Espino, com orientação do Prof. Dr.

Marcelo Gradella Villalva)

Apesar de já existirem equipamentos no mercado brasileiro, conhecidos como "Traçadores de

Curva I-V", seu principal inconveniente é o elevado custo. O objetivo deste projeto é estudo dos

métodos para obter os parâmetros principais e as curvas características de módulos ou arranjos

fotovoltaicos, bem como no desenvolvimento de um equipamento que possa atender as necessidades

presentes no Brasil, usando o método que, consiste em uma carga eletrônica variável controlada.

Esquema geral do equipamento

Foram definidas as características para o equipamento e realizada uma revisão bibliográfica dos

métodos mais comuns de obtenção de dados, diferenciados principalmente pelo tipo de carga variável

usada: arranjo de resistências, capacitor, carga eletrônica, conversor DC-DC. Chegou-se à conclusão

que a carga eletrônica é a mais viável para o projeto. Além disso, é proposto o uso de um IGBT como

carga eletrônica, para conseguir uma faixa de potência superior. Até o presente momento, foram feitas

simulações com circuito de controle em malha aberta, cujos resultados mostraram que o projeto

proposto é factível, no entanto, também serão analisados métodos de controle em malha fechada. Em

paralelo, está sendo desenvolvido um aplicativo no computador para a coleta e amostra dos dados. Por

fim, serão construídos todos os circuitos relacionados (medição, controle e processamento), realizando

a calibração dos sensores e implementando o método de controle selecionado num sistema embarcado.

Desenvolvimento de metodologias par a certificação de painéis fotovoltaicos (Atividades

relacionadas ao mestrado de Daniel de Bastos Mesquita, com orientação do Prof. Dr. Marcelo

Gradella Villalva)

O Brasil possui um grande desafio na busca por soluções para atender à crescente demanda de

energia do país. Com a alteração do paradigma energético, tanto a nível de consumo quanto a nível de

produção, as políticas públicas buscam por opções de geração de energia que sejam capazes de serem

instaladas mais próximas dos grandes centros de consumo e usem recursos renováveis para atender os

requisitos de sustentabilidade ambiental. Entre as soluções, destaca-se a energia solar devido ao seu

grande potencial energético. Com a criação de incentivos, a energia solar está ganhando cada vez mais

espaço mercado. De tal maneira que a criação de regulamentação para esses equipamentos, dentre eles,

os painéis fotovoltaicos, é fundamental. Desta forma, o projeto pretende realizar uma análise dos

procedimentos de certificação de módulos fotovoltaicos adotados internacionalmente e apresentar uma

proposta de métodos e processos a serem incluídos no Regulamento de Avaliação de Conformidade de

Equipamentos e Sistemas Fotovoltaicos do Programa Brasileiro de Etiquetagem. Portanto, será

imprescindível procedimentos de ensaios e testes já estabelecidos em normas internacionais, mas com

adaptações para o cenário nacional. Para atingir o objetivo do projeto, se faz necessário o estudo da

regulamentação e das normas para realizar ensaios e testes e elaborar uma dissertação de mestrado que

apresente uma proposta de meios necessários para realizar a certificação dos painéis fotovoltaicos.

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 1

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Estudo de sistemas fotovoltaicos autônomos combinados com acumuladores de energia e

geradores a diesel (Atividades relacionadas ao mestrado de Tatiane Silva Costa, com orientação do

Prof. Dr. Marcelo Gradella Villalva)

O trabalho de mestrado tem por objetivo estudar estratégias de controle de sistemas híbridos

tendo como fonte principal a geração fotovoltaica com adição de geradores a diesel e armazenadores

de energia. Essa combinação aumenta a eficiência e a capacidade de maior estabilidade de todo o

sistema. A estratégia de operação tem como objetivo minimizar ao máximo os custos de ciclo de vida

dos sistemas com esta configuração, aumentar o desempenho global do sistema e aumentar o tempo de

vida de componentes como o acumulador de energia que demanda alto custo para reposição de seu

banco de bateria. Entre os tipos de controle de sistemas híbridos mais conhecidos estão inseridos os de

carga e descarga dos acumuladores, objetivando o aumento do ciclo de vida do banco de baterias. O

controle de despacho também é bastante utilizado com o intuito de controlar quando o gerador diesel

deve ou não ser conectado para o abastecimento das cargas, diminuindo a necessidade da utilização de

combustível e de manutenção frequentes. As discussões sobre essas estratégias trazem certa

divergência de como esses sistemas devem atuar, como a função do gerador a diesel quando o sistema

fotovoltaico não é capaz de fornecer energia suficiente para a carga e para alimentação do banco de

baterias e sua atuação é suprir essa falta do sistema. Alguns pesquisadores discordam da utilização

desse tipo de modalidade por levar o sistema as circunstâncias de pobreza do desempenho do gerador e

do aumento da utilização de combustível. Outros consideram que essa estratégia de controle colabora

na maximização da vida útil do banco de baterias quando o gerador está inserido numa configuração

em paralelo ao sistema, conectado ao barramento de corrente alternada com um retificador

gerenciando o carregamento dos acumuladores.

Desenvolvimento de um seguidor solar de um eixo para usinas solares fotovoltaicas (Atividades relacionadas ao mestrado de Karen Barbosa de Melo, com orientação do Prof. Dr.

Marcelo Gradella Villalva)

A energia solar fotovoltaica tem sido explorada como uma solução para o atendimento da

crescente demanda de energia com uma fonte limpa e renovável. Porém, a baixa eficiência de

conversão de energia dos painéis fotovoltaicos é um dos fatores que dificultam a competitividade dessa

fonte de energia frente às demais. Essa problemática pode ser minimizada com a implementação de

dispositivos seguidores solares, que visam aumentar a eficiência de geração mantendo os painéis

perpendiculares à irradiação solar na maior parte do tempo. Um aumento de 12-20% de energia

produzida pode ser alcançado com a utilização de seguidores de um eixo, e até 43,9% com seguidores

de dois eixos. Estes dispositivos estão sendo muito utilizados em usinas, pois proporcionam o melhor

aproveitamento da área disponível para construção, uma usina com seguidores solares utiliza 60% da

área de uma usina com painéis fixos de mesma potência. A pesquisa tem como objetivo o

desenvolvimento de um seguidor solar de um eixo para usinas solares fotovoltaicas com estratégia de

rastreamento baseada em data e hora. Esta estratégia de rastreamento utiliza algoritmos que calculam a

posição do sol dispondo de data, hora e localização como dados de entrada. A melhoria no

desempenho de um sistema proporcionada pela inserção de seguidores solares, depende das condições

de aplicação e do local de instalação. De acordo com a revisão bibliográfica realizada, não há um

estudo específico de seguidores solares na região de Campinas.

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 1

22

Avaliação de Métodos de Transposição de Dados de Radiação Solar e Ferramenta para

Simulação de Sistemas Fotovoltaicos (Atividades relacionadas ao mestrado de Michelle Kitayama

da Silva, com orientação do Prof. Dr. Marcelo Gradella Villalva)

A estimativa da irradiação solar incidente na superfície dos painéis fotovoltaicos é um fator

determinante na análise de riscos e na expectativa de produção de energia de sistemas fotovoltaicos. A

aplicação adequada e otimizada desses sistemas requer um conhecimento detalhado das características

climáticas e da radiação solar incidente sobre a superfície inclinada dos painéis. Desta forma, a etapa

inicial para o desenvolvimento de um projeto de sistemas fotovoltaicos é avaliar a disponibilidade do

recurso solar no local de interesse. Através dessa análise é possível obter informações sobre o

potencial da região e uma estimativa de retorno financeiro. Diversas plataformas de dados

meteorológicos disponibilizam dados de radiação global no plano horizontal, em médias mensal e

horárias. A qualidade e precisão dos dados variam entre esses bancos de dados, que podem ser

públicos ou comerciais. Essa variação se dá devido a origem dos dados que podem ser coletados em

campo por estações solarimétricas, modelados matematicamente por meio de interpolação, proveniente

de imagens de satélite. Um dos grandes desafios no processamento de dados de radiação é a obtenção

da irradiação incidente sobre o plano inclinado dos painéis. Os dados provenientes dos bancos de

dados meteorológicos são disponibilizados apenas para o plano horizontal.

A pesquisa objetiva realizar uma análise da precisão dos principais bancos de dados de radiação

disponíveis por meio de comparação com dados medidos por meio de estação solarimétrica instalada

na Usina de Tanquinho, localizada na cidade de Campinas-SP. Encontram-se na literatura, análises

para outras localidades, porém não para ao local proposto neste trabalho. Além disso, será

desenvolvida uma ferramenta para simulação de sistemas fotovoltaicos considerando a radiação no

plano inclinado obtida por mio de diferentes métodos de transposição. Essa ferramenta desenvolvida

será então comparada com outras ferramentas existentes no mercado como PVSyst®, PV*SOL®e

SOLERGO®.

Atividades em sistemas fotovoltaicos (atividades desenvolvidas sob coordenação/orientação do

Prof. Dr. Flávio A. S. Gonçalves)

Especificamente, duas vertentes vêm sendo exploradas, classificadas em função do aspecto de

conversão de energia desejada. A primeira envolve o estudo de conversores CC-CA (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 evolução da pesquisa vem englobando 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.

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.

Por fim, há a publicação de artigo em conferência (COBEP) com enfoque educacional no ensino

de modulações aplicadas a conversores CC-CA, relacionado com a contribuição na formação de mão

de obra especializada na área.

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 1

23

Orientações finalizadas:

Alex de Sá Martins (Mestrado). Título do Projeto: Analise e Projeto Do Conversor

Fonte-Y Aplicado Em Sistemas De Geração De Energia Fotovoltaica. Agência de

Fomento: CNPq. Orientador: Prof. F. A. S. Gonçalves

Felipe Guerra (Iniciação Científica). Título do Projeto: Estudo e Avaliação De

Inversores Fonte-Z e Quasi-Fonte-Z para Sistemas De Microgeração Fotovoltaica

Conectados A Rede. Agência de Fomento: CNPq. Orientador: Prof. F. A. S. Gonçalves

Maycon da Silva (Iniciação Científica Junior). Estudo de caso do uso de um sistema de

geração de energia elétrica fotovoltaica do tipo conectado a rede em residência padrão

popular. Agência de Fomento: CNPq. Orientador: Flávio Alessandro Serrão Gonçalves.

Orientações em andamento:

Felipe Augusto Ferreira de Almeida (Doutorado). Título do Projeto: Aplicações de

Conversores Baseados em Redes de Impedância em Sistemas de Geração de Energia

Elétrica Renováveis. - Orientador: Prof. F. A. S. Gonçalves

Marcelo Tirolli (Doutorado). Título do Projeto: Sistemas de Controle de Gestão de

Energia e Sincronismo para Conversores CC-CC paralelos Bidirecionais aplicados em

Geração de Energia Distribuída. - Orientador: Prof. F. A. S. Gonçalves

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

Danilo Monteiro Caldas (Mestrado). Título: Impacto Na Qualidade Da Energia Elétrica

Na Integração De Usinas Eólicas No Sin. - Orientador: Prof. F. A. S. Gonçalves

Lucas Arna Matos dos Santos (Trabalho de Graduação). Título do Projeto:

Desenvolvimento De Sistemas De Controle Digitais Baseados Em FPGA Para

Conversores CC-CA Empregando Rede De Impedância. - Orientador: Prof. F. A. S.

Gonçalves

Inversor PWM para aplicação PV (desenvolvido no contexto das pesquisas de doutorado de Joel

F. Guerreiro)

Foi desenvolvido o projeto eletrônico de um conversor fotovoltaico de dois estágios de 500 W

para conexão com a rede elétrica de 220V/60Hz bem como o dimensionamento, modelagem e controle

do conversor. O primeiro estágio é um conversor DC/DC boost interleaved. O segundo estágio é um

inversor ponte completa. O inversor será usado para estudos de estabilidade e gerenciamento de carga

em microrredes.

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 1

24

Aspectos de Normas e indicadores de QEE

Os estudos nesse tema levaram, até o momento, a resultados indicados a seguir:

IEEE Transactions on Industry Applications, "Trends and Constraints on Brazilian Photovoltaic

Industry: Energy Policies, Interconnection Codes and Equipment Certification", F. P.

Marafao; A. M. dos Santos Alonso; F. A. S. Goncalves; H. K. Morales Paredes; A. C. G.

Martins; D. I. Brandao, 2018, DOI: 10.1109/TIA.2018.2833422, Print ISSN:0093-9994,

Electronic ISSN: 1939-9367, Available online: 04 May 2018

Este trabalho teve como objetivo discutir aspectos normativos e procedimentos de regulação e

certificação de sistemas de microgeração. Assim, este trabalho buscou descrever o panorama atual

sobre a regulamentação de microgeradores no Brasil. Paralelamente, foi discutido os procedimentos,

condições e requisitos laboratoriais para a certificação de inversores fotovoltaicos e outras limitações

relacionadas que restringem um mercado mais rápido e desenvolvimento tecnológico no Brasil. Foi

dada especial atenção aos requisitos de certificação para inversores conectados à rede e outros

equipamentos fotovoltaicos, juntamente com as novas tendências em políticas de energia, com foco em

seus impactos na indústria fotovoltaica brasileira. Além disso, as informações do cenário nacional

foram contrastadas com normas e procedimentos internacionais, visando expor eventuais entraves para

o rápido avanço da microgeração no Brasil.

Desenvolvimento de medidor de energia (atividade dos doutorandos Joel F. Guerreiro e Hildo

Guilhardi Jr.)

Usando BeagleBone Black com sistema operacional Debian, este sistema permitirá a coleta de

valores e eventos na rede elétrica do painel. Futuramente ainda, esse sistema pode permitir a aplicação

em sistema real através de comunicação GPRS. O medidor de energia será usado para viabilizar o

monitoramento de microrredes usando o protocolo CIM (Common Information Model). Esse modelo é

baseado na IEC 61970/61968 e visa estabelecer um padrão de comunicação entre sistemas distribuídos

de geração de energia. Destaca-se ainda um Trabalho de Conclusão de Curso de Giovani Oliani, que

teve como enfoque o desenvolvimento de um software de comunicação entre o medidor de energia e a

internet.

Procedimentos de Operação – Teorias de Potência Elétrica (Atividades coordenadas/orientadas

pelo prof. Dr. Helmo K. M. Paredes)

Desenvolvimento de algoritmos para cálculo em linguagem Matlab das diferentes formulações e

teorias de potência: CPT, CPC, PQ, IEEE1459. Foca-se a validação da metodologia na análise de

diferentes tipos de carga. Desenvolvimento dos mesmos algoritmos em linguagem C e sua

implementação em hardware. Além disso, membros do LabREI tem trabalhado com compensação

ativa de corrente usando diversas teorias de potência, com inversores multiníveis; o que pode criar

melhores inversores para atuar em uma faixa mais ampla de harmônicos ou propagar menos ruído para

a rede.

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 1

25

Resultados sobre estudo recente com a teoria e potência CPT são apresentados na publicação:

2018 Simpósio Brasileiro de Sistemas Elétricos (SBSE), “Proposal and implementation of a low cost

single phase power meter”, L. A. A. Pereira. A. C. Moreira, H. Guillardi Jr., H. K. M. Paredes, May

2018, DOI: 10.1109/SBSE.2018.8395750

Iniciação Cientifica concluída

Estudo e análise de conversores multifuncionais ligados a rede elétrica através da Teoria de

Potência Conservativa, Guilherme Gaiotto (FAPESP – 2016/07314-9), Orientador Prof. Dr.

Helmo K. M. Paredes

Mestrado em andamento

Caraterização de Cargas Através da Teoria de Potência Conservativa em Sistema Trifásicos a Três

e Quatro Condutores, Risomar de Andrade Alves Santos (CNPq); Orientador Prof. Dr. Helmo

K. M. Paredes

Bolsas no Exterior - Pesquisa

Abril/2018 a Março/2019 Desenvolvimento de técnicas de compensação e metodologias para

análise da qualidade de energia dos modernos sistemas de distribuição

Processo: 2017/22629-9

Pesquisador responsável: Helmo Kelis Morales Paredes

Anfitrião: Marcelo Godoy Simoes

Instituição-sede: Instituto de Ciência e Tecnologia. Universidade Estadual Paulista

(UNESP). Campus de Sorocaba. Sorocaba, SP, Brasil

Local de pesquisa: Colorado School of Mines (Estados Unidos)

Teorias de Potência Elétrica

Nesta área foram iniciados os trabalhos revisão bibliográfica da técnica conhecida como

“Current´s Physical Components” (CPC), desenvolvida e defendida por Lesek Czarnecki. As

conclusões preliminares dos estudos foram registradas em dois artigos do Seminário Brasileiro de

Sistemas Elétricos (SBSE 2018) e são tema do mestrado da aluna Risomar dos Santos, orientada pelos

Profs. Helmo Paredes e Fernando Marafão. Os próximos trabalhos na área devem considerar a análise

comparativa da técnica CPC com outras técnicas em estudo no grupo, em especial a Teoria de Potência

Conservativa (CPT).

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 1

26

Pesquisas em Sistemas de Distribuição

Gerenciamento da Distribuição (Atividades coordenadas/orientadas pelo Prof. Dr. Daniel

Dotta)

Um dos principais desafios para melhorar a monitoração e o gerenciamento de redes de

distribuição de baixa tensão é a dificuldade de medidas precisas e sincronizadas do estado real do

sistema. Mesmo os métodos mais avançados encontrados na literatura são baseados em dados

empíricos de característica de carga, estimativas obtidas a partir de medidas históricas ou um reduzido

conjunto de medidas disponíveis das subestações de distribuição. Recentemente, com a massiva

penetração de geração nos sistemas de baixa tensão, há um crescente interesse de instalar medidores

inteligentes nos consumidores bem como unidades de medição fasorial (PMUs) em pontos chave da

rede de distribuição. Motivada pelo investimento realizado pelas distribuidoras verifica-se uma

tendência de redução de preço dos medidores inteligentes. Apesar de suportarem diferentes aplicações

para sistemas de distribuição, uma das maiores restrições para um sistema de monitoração adequado

para a rede de distribuição são os custos envolvidos com a aquisição e instalação de medidores bem

como a falta de uma visão global das aplicações que possam se beneficiar com esse sistema.

A utilização de sincrofasores pode melhorar significativamente a visibilidade dos sistemas de

distribuição aumentando a exatidão das aplicações e simplificando as ferramentas de análise de rede.

Como exemplo, assumindo que o sistema de monitoração composto somente por PMUs, essas

ferramentas podem ser formuladas como problemas lineares. Para superar o desafio de incluir PMU

em redes de baixa-tensão propõem-se desenvolver um módulo de hardware de baixo custo que possa

ser incorporado em medidores inteligentes ou religadores. Como principal vantagem destaca-se uma

redução do custo de aquisição, instalação e de infraestrutura de comunicação desses dispositivos.

Neste primeiro ano de trabalho realizou-se a especificação e projeto de um protótipo de

arquitetura de hardware para a implantação de uma unidade de medição fasorial em medidor

inteligente. Com base na literatura e testes já realizados em uma plataforma de hardware comercial

(Widora- TE Energy) o principal desafio encontrado foi a capacidade de conversor Analógio Digital

em processar medidas sincronizadas com a exatidão necessaria. Baseado nessa experiência os

seguintes parâmetros de projeto são propostos para o conversor analógico digital:

Frequência de amostragem igual ou superior a 200 Ksps: A escolha de uma frequência de

amostragem relativamente alta permite a obtenção de um número maior de amostras para

processamento e, consequentemente, maior precisão dos resultados

Resolução mínima de 16 bits: de maneira análoga à comunicação digital entre o medidor e a

unidade de processamento, a comunicação por bytes de informação é a melhor adotada e 1

byte ofereceria apenas 256 níveis de valores amostrados enquanto o emprego de 3 bytes é

demasiado para a tecnologia atual de conversores analógicos. 2 bytes é o ideal para que não

haja truncamento de dados nem desperdício de informação durante a decodificação.

Quatro ou mais canais de amostragem simultâneas: Possuir mais de 3 canais, no acaso de

aplicações trifásicas, é útil para agilizar o desenvolvimento da arquitetura bem como permitir

funcionalidades extras para o dispositivo;

ADC do tipo Registro de Sucessivas Aproximações (Sucessive Approximation Register- SAR):

Esta topologia de ADC permite a máxima velocidade de conversão e também maior

simplicidade para leitura de dados, uma vez que estes são disponibilizados via barramento ou

acesso direto por canal de comunicação, em contrapartida à conversores do tipo Sigma-Delta

onde, para haver um resultado de conversão, um pino de controle deve ser estimulado para

cada leitura de bit desejada, o que pode acarretar desvios na taxa de leituras das conversões.

Kit de avaliação: Este kit de avaliação é útil para o projeto no intuito, também, de economizar

tempo de desenvolvimento, uma vez que nele, já estão presentes todos os circuitos necessários

para alimentação, comunicação e funcionamento do ADC.

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 1

27

Com estas características, tem-se o Kit de avaliação do AD7609 da Analog Devices, que possui

8 entradas diferenciais simultâneas, 18 bits de resolução, 200 ksps e topologia do SAR recentemente

adquirido com recursos do projeto temático. O AD7609 já está operacional e conectado a uma placa

BeagleBone Black para testes com o algoritmo de estimação fasorial desenvolvido em C. Nos

próximos meses serão realizados ajustes no algoritmo e testes para validar o processo de medição.

Artigos e Projetos relacionados ao Projeto:

1. MOTTA, R.; DOTTA, D.; WILCHES, F.; LEONARDI, B. Second generation wind turbine

generators generic models in the power system toolbox. In: IEEE PES General Meeting , 2018.

2. LUGNANI, L.; DOTTA, D.; FERREIRA, J. M.; DECKER, I. C.; CHOW, J. H. Frequency

response estimation following large disturbances using synchrophasors. IEEE PES General

Meeting, 2018.

3. Resumo estendido aprovado na chamada: Aplicação de sincrofasores em sistemas de

distribuição (artigo final em preparação), Design and Development of D-PMU Module for

Smart and Power Balance Meters, In: IEEE Transaction on Smart Grid.

4. Bolsa de Mestrado FAPESP 17/25425-5 - Beneficiário: Orlem dos Santos Lima, Projeto:

“Análise de metodologias baseadas em redes neurais artificiais para a classificação de eventos

usando Sincrofasores”, orientador Prof. Dr. Daniel Dotta.

Gerenciamento da Distribuição (Atividades coordenadas/orientadas pelo Prof. Dr. Walmir

de Freitas Filho)

Em outra ação de pesquisa vinculada ao projeto temático, objetiva-se a valoração de Sistemas

Avançados de Gerenciamento da Distribuição (do inglês, DMS – Distribution Management System)

por parte das concessionárias de distribuição de energia elétrica através da utilização de dados

provenientes de medidores inteligentes. Tais dados possibilitam a criação de novas soluções mais

eficientes e confiáveis para o planejamento e a operação de redes de distribuição, justificando o

investimento realizado pelas concessionárias para modernização do processo de aquisição, transporte e

gerenciamento de informação. Portanto, os desafios presentes nesta linha de atuação consistem em

identificar quais aplicações possuem potencial de serem aprimoradas ou desenvolvidas por meio da

utilização das medições adquiridas nos medidores inteligentes e determinar a granularidade adequada

de aquisição de dados para o desenvolvimento de tais aplicações.

Tendo em vista estes desafios, duas aplicações foram propostas neste primeiro ano de trabalho.

A primeira aplicação investigada propôs utilizar as informações provenientes de medidores

inteligentes, por meio do emprego de uma ferramenta de estimação de estado, para detectar e localizar

desequilíbrios de tensão que possam ser prejudiciais à operação de sistemas de distribuição. Estes

desequilíbrios de tensão podem negativamente impactar tanto consumidores quanto concessionárias,

deteriorando o desempenho de equipamentos e aumentando as perdas elétricas presentes no sistema.

Quanto ao volume de dados necessários para o desenvolvimento de tal solução, foi abordado um

método baseado na amostragem de eventos de potência, o qual requer um volume consideravelmente

menor do que o volume requerido por técnicas tradicionais de amostragem para estimadores de estado.

A segunda potencial aplicação estudada ao longo do primeiro ano do projeto temático

corresponde ao uso de medições de tensão e potência ativa e reativa, provida de medidores inteligentes

presentes nos consumidores, para estimação da topologia e de parâmetros das linhas em redes de baixa

tensão (BT). A estimação precisa destas redes BT apresenta elevada complexidade para as

concessionárias de distribuição, já que os bancos de dados que contém tais informações não são tão

dinamicamente atualizados quanto as operações realizadas no dia-a-dia da empresa. Ademais, a

confirmação de informações relacionadas à topologia e aos parâmetros da rede requerem o

deslocamento de equipes ao longo dos alimentadores, o que representa uma atividade de elevado custo.

Portanto, uma solução automática que verifique a topologia da rede e os parâmetros das linhas

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 1

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apresenta alta atratividade para as distribuidoras, visto que modelos incorretos impactam diretamente

nos resultados obtidos por ferramentas de análise de redes, o que, consequentemente, impacta

negativamente o planejamento e a operação do sistema. Para esta solução, o volume de dados

requeridos para desenvolvê-la adequadamente ainda está sendo investigado.

Orientações em andamento:

Doutorado:

Título: Desenvolvimento de metodologias para integração em sistemas de gestão da

distribuição na presença de fontes distribuídas de energia e medidores inteligentes.

Aluno: Vinicius Carnelossi da Cunha. FAPESP. N° processo: 2017/10476-3

Publicações em congresso:

Lívia M. R. Raggi, Vinicius C. Cunha, Fernanda C. L. Trindade, Walmir Freitas;

“Estimador de Estado Aplicado a Sistemas de Distribuição para Detecção e Localização de

Desequilíbrios de Tensão”, em XXII Congresso Brasileiro de Automática (CBA 2018),

2018, João Pessoa-PB. A ser apresentado.

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 1

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Pesquisas em Controle Distribuído e Otimização

Sistemas dinâmicos distribuídos (Atividades coordenadas/orientadas pelo prof. Dr. Paulo A.

Valente Ferreira)

A crescente importância de sistemas dinâmicos distribuídos conectados por meio de redes de

comunicação tem motivado a revisão de estruturas clássicas de controle no sentido de se contemplar

tanto objetivos locais (individuais) quanto globais, isto é, de grupos de indivíduos, também chamados

de agentes ou sistemas 2.

Como etapa preliminar para a abordagem de redes inteligentes de energia elétrica neste contexto,

foi proposto e desenvolvido um algoritmo de controle para sistemas dinâmicos multiagentes

conectados por uma rede (grafo) de topologia conhecida. O algoritmo baseia-se em métodos da Teoria

dos Jogos 3 e inova no sentido de ser baseado no conceito de Equilíbrio Correlacionado em Grafos, em

substituição ao conceito de Equilíbrio de Nash em Grafos usualmente adotado na literatura.

O algoritmo é capaz de induzir comportamentos de consenso em tarefas de sincronização de

agentes para estados de equilíbrio predeterminados. A próxima etapa de trabalho na linha de pesquisa

Controle Distribuído e Otimização envolverá um estudo detalhado sobre a aplicação do algoritmo a

redes inteligentes de energia elétrica.

Referências:

1. Biundini, I.Z, Controle de Sistemas Dinâmicos Multiagentes em Jogos Gráficos via Equilíbrio

Correlacionado, Dissertação de Mestrado FEEC-UNICAMP, Abril, 2018.

2. Biundini, I.Z., Ferreira, P.A.V., Controle de Sistemas Dinâmicos Multiagentes em Jogos

Gráficos via Equilíbrio Correlacionado, XXII Congresso Brasileiro de Automática, Aceito,

2018.

Controle de sistemas incertos (Atividades coordenadas/orientadas pelo prof. Dr. João

Bosco Ribeiro do Val)

Esse relatório descreve as atividades de pesquisa sobre uma noção de controle e de estimação de

estados que estabelece um princípio de cautela ao lidar com sistemas com dinâmica pouco conhecida.

Essa abordagem se enquadra no espectro de estudos de robustez de sistemas estocásticos, pois se

incorpora robustez à síntese de controle ou ao se estimar variáveis importantes do sistema. O objetivo

primordial é garantir estabilidade ao sistema controlado, ou ao estimador de estados, ao mesmo tempo

que se procura uma operação otimizada.

Essas ferramentas são dirigidas 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, além das dinâmicas envolvidas serem pouco

conhecidas, no sentido exposto a seguir.

No sistema integrado formado pela rede elétrica a tomada de decisões da operação 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. Desse

modo, a intervenção instantânea poderia ser definida sob um conjunto de variáveis e parâmetros

precisamente conhecidos. Entretanto o cenário real é muito distinto, uma vez que os subsistemas são

variantes no tempo, e as dinâmicas estimadas são imprecisas por natureza, além de fazerem sentido

2 Lewis, F.L., Zhang, H., Hengster-Movric, K., Das, A., Cooperative Control of Multi-Agent Systems – Optimal and

Adaptive Design Approaches, Springer, 2014. 3 Shoham, Y., Leyton-Brown, K., Multiagent Systems – Algorithmic, Game-Theoretic, and Logical Foundations,

Cambridge, 2009.

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 1

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estatístico apenas em um ponto de operação, prejudicando também a acuidade dos métodos. Adiciona-

se o fato de que o acesso às variáveis importantes é comprometido por várias razões, entre elas, o

acesso (não é viável medi-las), a precisão do medidor, o atraso imposto pela rede de comunicação, etc.

Resulta que as medidas disponíveis são restritas e carregadas de imprecisão, além das dinâmicas

instantâneas serem pouco conhecidas; resta ao controle um cenário de incertezas para definir a ação

necessária.

Esse cenário como descrito, no qual as decisões devem ocorrer sob incerteza, traz associado 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.

Essas ideias têm maturidade de algumas décadas na área econômica, mas apesar de ser notável a

sua importância para a área de Sistemas de Controle e Filtragem, elas não são devidamente exploradas,

até onde conhecemos. Em síntese, este é um princípio que indica cautela ao atuar sobre sistemas

dinâmicos pobremente conhecidos, como é fato comum em modelos econômicos. Esse viés cauteloso

é chamado de Princípio de Brainard, autor que primeiro estudou o desafio posto a um banco central

para desenvolver políticas monetárias. Essa linha é desenvolvida e discutida por importantes correntes

nas áreas de economia e finanças, compondo uma vasta e importante literatura.

Esse ponto de vista compartilha motivações semelhantes às da área da Teoria de Controle

Robustos, que nos últimos 30 anos tornou-se o foco do controle moderno, de certa forma se impondo

sobre a linha mestra anterior, voltada primordialmente ao controle ótimo. Este se mostrou inadequado

justamente quando o sistema dinâmico não é perfeitamente conhecido.

Essa relação de pontos de vista semelhantes em áreas distintas tornou-se um desafio, e iniciamos

um estudo sobre como seria possível incorporar em um modelo dinâmico essa característica.

Nomeamos essa linha pelo acrônimo de CVIU, Control Variations Increases Uncertainty, para

enfatizar o fato que a ação do controle pode criar incerteza, se o sistema dinâmico é pouco conhecido,

ao contrário do pressuposto de “controlar”.

Embora o princípio CVIU seja genérico, propusemos inicialmente um modelo estocástico que dá

suporte a essa ideia, a ser detalhado na próxima seção. A visão sobre este modelo foi ganhando

amplitude tanto nas questões que o modelo suscita, como no aspecto de solução e seu potencial como

uma abordagem estocástica para o problema de robustez na forma como é estudado hoje na área de

Sistemas e Controle. O estudo de robustez toma predominantemente o viés determinístico, o que

obriga a solução se voltar ao pior caso dentre a coleção de possíveis dinâmicas consideradas, e assim a

obter limitantes que eventualmente podem apresentar grandes folgas quanto ao desempenho

relacionado a qualquer elemento da família, além do fato de se abarcar na análise o pior caso, ainda

que ele seja francamente improvável.

Do ponto de vista formal, a abordagem CVIU recupera a ideia prevalente de otimalidade e a

busca do controle ótimo para o modelo, ainda que não se pretenda que a solução venha a coincidir com

a ótima para um sistema desconhecido, postulado impossível. Entretanto, a seu modo, a solução leva

em conta o conhecimento a priori sobre o sistema a ser controlado cuja incerteza serve para modular os

desvios do modelo.

Uma característica importante e distinta do modelo CVIU é o fato que ele apresenta como

solução ótima uma característica de cautela ou inação, enquanto o sistema está relativamente próximo

do ponto de operação. Essa característica obtida via otimização leva ao surgimento de uma região de

“inação” próxima ao ponto de operação, na qual a melhor política é manter o controle inalterado,

enquanto o estado se mantém confinado a essa região.

Esse comportamento conecta-se à ideia de controle cauteloso, no sentido que em face ao

conhecimento insuficiente que se tem do sistema, a melhor estratégia é muitas vezes ser conservador e

manter a mesma ação; essa conduta é menos danosa do que tentar controlar o sistema por meio de

intervenções frequentes e intensas.

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 1

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O princípio CVIU também pode ser aplicado aos problemas de estimação e filtragem, em que de

maneira correlata ao problema de controle, a dinâmica do sistema que se deseja estimar os estados,

além das características precisas do medidor não sejam perfeitamente conhecidas.

Segue relação de dissertações e produção bibliográfica no período, relacionadas ao tema:

1. Filipe de Carvalho Pedrosa. Modelagem & controle de sistemas cviu a tempo discreto. Dissertação

de mestrado, FEEC–UNICAMP, 2018.

2. João Carlos Nereu Gama dos Santos. Métodos de aproximação do controle ótimo para sistema

CVIU a tempo discreto. Master’s thesis, FEEC–UNICAMP, 2018.

3. Vinícius Lima Silva. Norms and stability of stochastic systems for which control and state

variation increase uncertainties. Master’s thesis, FEEC-UNICAMP, 2018. 4. "A stochastic approach for robustness: a H2-norm comparison”, Vinícius L. Silva, João B. R. do

Val, and Rafael F. Souto. IEEE 56th Annual Conference on Decision and Control (CDC), pages

1094–1099, Melbourne, Australia, 2017. doi: 10.1109/CDC.2017.8263803.

5. "Stochastic optimal control of systems for which control variation increases uncertainty: A

contribution to the discrete time case”, Filipe C. Pedrosa, João C. Nereu, and João B. R. do Val. In

Systems Man and Cybernetics (SMC) 2017 IEEE International Conference, pages 2279–2284,

Banff, Canada, 2017. doi: 10.1109/SMC.2017.8122960.

Identificação dinâmica da rede (Atividade do doutorando Eliabe D. Queiróz, com orientação

do Prof. Dr. José Antenor Pomilio)

Um aspecto básico para os estudos de estabilidade de uma microrrede inteligente são as

constantes alterações na impedância “vista” pelos diversos conversores que compõem a rede. Desse

modo, é importante dispor de métodos que identifiquem continuamente a rede e de modo a vir a

permitir o ajuste de operação (controladores) dos conversores para garantir a operação estável. A

seguir são apresentados estudos preliminares referentes à identificação das características da rede a

partir de perturbações geradas em um dos conversores eletrônicos.

No processo de identificação foram utilizados ruídos para as referências de potência ativa e

reativa a serem repassados para o conversor. Os ruídos adicionados ao sinal modulante do conversor

têm componentes espectrais distribuídos de maneira relativamente uniforme na faixa de frequência em

análise. Foram adicionados filtros anti-aliasing para os sinais de potência e tensão adquiridos. Assim

dinâmicas em frequências superiores a 2 kHz são atenuadas e, portanto, podem não ser bem

reproduzidas pelo modelo.

Posicionamento de autovalores identificados.

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 1

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Como os polos dominantes devem estar localizados em frequências mais baixas e, portanto, a

estabilidade nessa faixa de frequências pode ser bem caracterizada. Na figura podem ser vistas as

potências ativas e reativas de saída do processo de identificação, assim como as transformadas de

Fourier desses sinais. Observa-se que os sinais apresentam uma variação da amplitude, e uma

tendência de atenuação, devido as resposta em frequência de sinal.

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 1

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Resposta do sistema completo (com chaveamento) e do modelo identificado.

Assim os autovalores são identificados computacionalmente, em ordem decrescente com relação

ao módulo. O resultado do processo de identificação pode ser visto no posicionamento do spólos do

sistema. Além disso, faz-se uma simulação da resposta do modelo estimado com um sistema “real”,

composto pelos conversores operando com chaveamento. A figura mostra a aderência entre as

respostas dos modelos, indicando os bons resultados da estimação, apesar de um erro em regime

permanente que está em análise.

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 1

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Plataformas de Comunicação e Informação para Redes Inteligentes

Plataforma C&I (Atividades desenvolvidas pelos doutorandos J. F. Guerreiro e H. Guilhardi Jr.)

Foi definida a topologia e hardware a ser utilizado para o painel de emulação de rede. Esta

topologia baseia-se na utilização de sistemas National InstrumentsⓇ que proporcionam tanto o controle

de sistemas distribuídos, quanto à configuração da rede, à comunicação entre os sistemas e outros

agentes, por exemplo, o medidor de energia. Segue diagrama topológico.

Os sistemas de monitoramento e processamento de dados se localizarão em uma painel de 10

barras que será utilizado para emular uma microrrede utilizando-se equipamentos como: fontes e

cargas programáveis, medidores inteligentes, sistemas de proteção, inversores e conexões a energias

renováveis (emuladas ou não).

O painel será composto por vários inversores, controladores e medidores. O sistema de

configuração e medição validada será composto por um sistema compactRIO™ da NIⓇ podendo ser

acessado externamente pelas universidades parceiras através de um servidor com validação de usuário

e controle de segurança.

Esse mesmo servidor ainda propiciará o serviço de armazenamento de dados e processamento do

tipo Big Data4, servidores de licença dos softwares usados pelo laboratório e backup das pesquisas.

Nesse painel ainda estará instalado inversores projetados ou não pelo pessoal do grupo com a

placa padrão de controle já definida, podendo aceitar o controle via DSPs daTexas InstrumentsⓇ ou kit

FPGA sbRIO da National InstrumentsⓇ.

4 Big Data é um termo utilizado na atualidade para nomear conjuntos de dados muito grandes ou complexos, que os

aplicativos de processamento de dados tradicionais ainda não conseguem lidar.

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 1

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O diagrama de rede, mostrando as funções primárias e secundárias de comunicação. Nele são

estabelecidas as camadas de acesso e prioridades do sistema de comunicação, isolando os dados e

proporcionando o diagnóstico de erros das partes componentes do painel, bem como o funcionamento

completo do sistema, depois de inicializado, durante uma possível atualização ou parada para

manutenção do servidor (permitindo que o servidor também seja utilizado para processamento de

dados em modo offline por outros usuários durante a energização do painel).

A próxima figura apresenta o fluxograma de funcionamento do painel, mostrando os pontos de

interação com o usuário (remoto ou não), etapas de inicialização do sistema, o que é realizado quando

um erro é diagnóstico e como os usuários são notificados (mensagens para o usuário externo conectado

e visual no monitor e coluna luminosa no LabREI); bem como um log salvando todos esses eventos

para futuros diagnósticos do sistema.

Além disso, também é mostrando o procedimento de calibração do sistema interno de medição

que deverá se apoiar na calibração da fonte principal e realizado automaticamente a cada determinado

número de dias (no diagrama definido como um mês): o sistema será inicializado sem cargas (relês

abertos) e com uma forma de onda dada pelo gerador de rede, o sistema calibrará seus ganhos e

limiares para a medida esperada.

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Nesta área foi também iniciado um estudo bibliográfico e tecnológico sobre as principais

normativas e tecnologias disponíveis no mercado que possam ser utilizadas para a transferência de

dados e controle em redes modernas de energia. O trabalho de mestrado do aluno Leonardo Afonso foi

iniciado, sob a orientação do Prof. Fernando Marafão e um minicurso está sendo preparado para

apresentação no Congresso Brasileiro de Automática CBA em setembro de 2018. Além do mestrado,

Leonardo também trabalha na empresa Renesas, atuante no setor de dispositivos microcontrolados e

possui diversos dispositivos que podem ser utilizados no controle e comunicação das redes de energia,

apoiando desta forma o projeto. Além das principais normativas e tendências, o estudo citado também

discute as diversas camadas, redes e protocolos de comunicação que poderiam ser utilizadas para

integração dos dispositivos de controle, medida e gestão de energia nas redes, com foco especial nas

redes de distribuição de baixa tensão.

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Outras atividades em desenvolvimentos relacionadas ao Projeto

Atualizações da estrutura laboratorial

A estrutura laboratorial de apoio ao LabREI, atualmente instalada no LCEE (Laboratório de

Condicionamento da Energia Elétrica) teve que sofrer adequações. Além da parte elétrica e física,

pode-se citar a adoção de softwares livre e de grande suporte pela comunidade (KiCad5, Ubuntu,

Debian). A escolha desses softwares se deve ao custo zero e à possibilidade de trabalho cooperativo.

Também, o padrão de componentes de trabalho do laboratório foi mudado do antigo PTH para

SMDs (SOIC / TSOP / 0805 para resistores e capacitores), permitindo o acesso a componentes mais

velozes e adequados às aplicações.

Bancada de montagens de PCB em SMD.

Desenvolvimento de hardwares especializados

Desenvolvida pelo doutorando Hildo Guilhardi Jr., utilizando o KiCad em colaboração com

outros estudantes, a placa mostrada na figura 4.2 se direciona para o uso no comando e controle de

inversores, sendo atualmente compatível com o DSP F28335 da Texas e o kit FPGA

sbRIO™+GPIC™ da National Instruments. Possui relés, saídas PWM e condicionamento para

medidas de sinais analógicos de potência, ainda adiciona vias de comunicação, emergência e botões,

podendo ser aplicadas em comunicação com outros dispositivos.

Já testada, permite o correto comando e controle de múltiplos inversores até 200 kHz e aquisição

até 100 kS/s.

A figura mostra a placa no ambiente de desenvolvimento e montada para controle de um filtro

ativo multinível cascateado através de uma FPGA sbRIO da empresa NI.

Há a previsão expandir sua compatibilidade para os kits de DSPs LAUNCHPAD™ modelos XL-

F28027 e XL-F28069 e, ezDSP™, devido sua compatibilidade de geração de código com o software

PSIM atualizado e já dominado pelos usuários do LCEE. Além disso, a placa substitui o uso dos

antigos sensores de tensão LEM LV-25P pelo HCPL75x0, reduzindo o custo de medida por canal de

tensão de USD68,00 para USD12,18.

5 KiCad é uma ferramenta multiplataforma de layout, esquemático eletrônico e Spice de licença livre e fortemente utilizada

por grupos de eletrônica, incluindo o CERN. Disponível para download em http://kicad-pcb.org/about/kicad/.

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Placa de comando e controle para inversores.

Inversor modular de alta frequência

Este projeto visa desenvolver um inversor modular para as mais diversas aplicações em

eletrônica de potência, mantendo ao mesmo tempo o baixo custo e bons níveis de potência e

frequência de chaveamento.

Almeja-se atingir uma frequência de comutação de 200 kHz. Tal valor elevado não é encontrado

em conversores comerciais. No caso do projeto, essa é uma necessidade para a implementação do filtro

ativo de potência o qual, por operar em uma rede CA de até 800 Hz, cuja 40ª harmônica está em 32

kHz, necessita de uma frequência de chaveamento elevada para permitir a compensação nessa ampla

faixa espectral.

Concepção do inversor modular.

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Protótipo de módulo conversor de alto desempenho.

Além de operar com comutação em alta frequência, o inversor está sendo desenvolvido para

operar com tensões CC de 800 V, utilizando MOSFETs de carbeto de silício (SiC). Para elevar a

capacidade de corrente, está prevista a conexão de dois transistores em paralelo.

Estão implementadas proteções de sobretensão, sobrecorrente e temperatura. A elevação dos

níveis de interferência eletromagnética à medida que se aumenta a tensão CC tem sido um obstáculo

para se atingir plenamente todas as especificações.

Desenvolvimento de FPGA para comando de conversores

A programação de uma FPGA é complexa, como se pode ver no diagrama seguinte que se refere

ao comando e controle de um inversor multinível cascateado de 2 módulos. Não é mostrada a parte

“baixo nível”, necessária para o funcionamento do código sintetizado.

No baixo nível de programação são implementadas as etapas de aquisição; PWM, desde sua

portadora, comparação e dead-time. Na prática é como se estivéssemos construindo um DSP a partir

de seu nível lógico de portas lógicas e sintetizando-o na FPGA.

O código principal é dividido em três partes: a superior, responsável pela geração do PWM e

atualização da saída; a intermediária, responsável pela aquisição de dados externos de forma

sincronizada com o PWM (mesmo esse sincronismo deve ser criado pelo usuário da FPGA); e a

última, que pode ser dividida em controle de corrente e de corrente.

Para ilustrar o funcionamento desse sistema, a placa desenvolvida controla dois módulos de

inversores (ponte H) monofásicos em série, configurando um inversor multinível em cascata simétrico,

o qual opera como um filtro ativo de potência, em um barramento aeronáutico.

Conforme desenvolvido em6, faz-se o controle da tensão nos barramentos CC. A tensão na saída

apresenta uma forma de onda de cinco níveis (forma azul à esquerda). As outras formas de onda são:

tensão da rede em roxo, tensão do filtro ativo em amarelo, tensão da carga em verde e tensão da rede

em vermelho. Assim, a situação a direita mostra esse sistema compensando a corrente da carga.

6 Hildo Guillardi; J. A. Pomilio; S. Buso; L. Rossetto, “Modeling and control of a cascade multilevel inverter for power

conditioning applications”, IEEE 2nd Annual Southern Power Electronics Conference (SPEC), Auckland, New Zealand,

5-8 December 2016, pp 1-6

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Esquemas relacionados à programação da FPGA.