PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

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Projeto Temático

Pesquisas Interdisciplinares em Redes

Inteligentes de Energia Elétrica

Processo 2016/08645

Relatório Científico Ano 2 (julho de 2018 a junho de 2019)

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Relatório Científico Ano 2 (julho de 2018 a junho de 2019)

Pesquisador Responsável: Prof. Dr. José Antenor Pomilio DSE/FEEC/UNICAMP

Pesquisadores Principais: Prof. Dr. Christiano Lyra Filho DSE/FEEC/UNICAMP

Prof. Dr. Ernesto Ruppert Filho DSE/FEEC/UNICAMP

Prof. Dr. Fernando Pinhabel Marafão ICTS/UNESP

Prof. Dr. João Bosco Ribeiro do Val DSE/FEEC/UNICAMP

Pesquisadores Associados: Prof. Dr. Alfeu Joãozinho Sguarezi Filho CECS/UFABC

Prof. Dr. Christian Esteve Rothenberg DCA/FEEC/UNICAMP

Prof. Dr. Daniel Dotta DSE/FEEC/UNICAMP

Prof. Dr. Eduardo Paciência Godoy ICTS/UNESP

Prof. Dr. Flávio Alessandro Serrão Gonçalves ICTS/UNESP

Prof. Dr. Helmo Kelis Morales Paredes ICTS/UNESP

Prof. Dr. Leonardo de Souza Mendes DECOM/FEEC/UNICAMP

Prof. Dr. Marcelo Gradella Villalva DSE/FEEC/UNICAMP

Prof. Dr. Paulo Augusto Valente Ferreira DSE/FEEC/UNICAMP

Prof. Dr. Walmir de Freitas Filho DSE/FEEC/UNICAMP

Pesquisadores bolsistas de post-doc: Dr. João Inácio Y. Ota

Dr. Ricardo Torquato Borges

Equipe Ano 2:

Laboratório de Redes Elétricas Inteligentes - LabREI

Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação

Universidade Estadual de Campinas

Joel Filipe Guerreiro – estudante de doutorado

Eliabe Duarte Queirós – estudante de doutorado

Hildo Guillardi Jr. – estudante de doutorado

Vinicius Carnelossi da Cunha – estudante de doutorado

Ellen Marianne Bernal Cavalheiro – estudante de doutorado

Tiago Henrique de Abreu Mateus – estudante de doutorado

Orlem Lima dos Santos – estudante de mestrado

Caio dos Santos – estudante de mestrado

Grupo de Automação e Sistemas Integráveis - Gasi

Instituto de Ciência e Tecnologia de Sorocaba

Universidade Estadual Paulista “Julio de Mesquita Filho” - UNESP

Jose de Arimatéia Olímpio Filho – estudante de mestrado

Risomar de Andrade Alves Santos – estudante de mestrado

Augusto Matheus dos Santos Alonso – estudante de doutorado

Bruno Aguilar da Cunha - estudante de doutorado

Caio Cesar Policelli Amalfi - estudante de doutorado

Caíque Vendemiatti - estudante de mestrado

Lucas Nunes Monteiro - estudante de mestrado

Centro de Engenharia, Modelagem e Ciências Sociais Aplicadas

Universidade Federal do ABC - UFABC

Angelo dos Santos Lunardi – estudante de doutorado

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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 95%

Instalações e montagens 90%

Ensaios operacionais e finalização

da instalação

Desenvolvimento de pesquisas

Produção acadêmica

Implantação de sistema para acesso

remoto

Formação de RH

Relatórios

Compras de equipamentos – 95% finalizado

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

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

recebidos, estando em processo de instalação.

Foram adquiridos os equipamentos de informática para a rede experimental (servidores). Ainda

não foram adquiridos os computadores de uso pessoal.

Instalações e montagens – 90% realizado

O principal elemento de instalação é o painel de interconexões. O projeto foi realizado durante o

segundo semestre de 2018 e no final do ano foram feitas as cotações. O valor cotado esteve em torno

de R$100.000,00. O painel teve a montagem iniciada em janeiro de 2019. Houve um atraso na

finalização das montagens, que ocorreram em maio de 2019.

Com o painel disponível, outras instalações, a cargo da equipe, se viabilizaram. Ainda resta

finalizar o painel de comando (contatores nas barras) e iniciar a implantação da rede de comunicação.

Estão em desenvolvimento (confecção de placas) os medidores de energia que serão instalados em

cada barra.

Os servidores de dados estão montados no rack e estão em processo de configuração de software.

Nesse aspecto temos contado com o apoio da Diretoria Técnica de Informática da FEEC.

Os sistemas de condicionamento de ar foram implantados com apoio da Diretoria da FEEC. NO

momento está em análise a situação do sistema de aterramento no Bloco C da FEEC.

Ensaios operacionais e finalização da instalação

Com a finalização das instalações elétricas, iniciou-se o comissionamento dos diversos

equipamentos do LabREI, que são comandados remotamente através das interfaces dos fabricantes.

Esse estágio antecede a implantação de uma interface geral para o conjunto de equipamentos.

Desenvolvimento de pesquisas, Produção Acadêmica e Formação de RH

Conforme descrito ao longo deste relatório, as pesquisas têm se desenvolvido com intensidade a

partir dos trabalhos dos Pesquisadores e seus orientados.

Além disso, diversas teses e dissertação têm se beneficiado dos recursos e estruturas vinculadas.

Desta forma, a formação de recursos humanos tem ocorrido regularmente e a expectativa é de

ampliação à medida que o projeto amadurece, especialmente em relação aos doutorados.

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PRODUÇÃO VINCULADA AO PROJETO

Total de publicações em periódicos (Julho 2017 a Junho 2019): 36 (não inclui aceitos)

Total de publicações em congressos (Julho 2017 a Junho 2019): 33 (não inclui aceitos)

Publicações em Periódicos (de julho de 2018 até junho de 2019) (inclui artigos aceitos)

1. Rodrigues, Lucas L.; Potts, Alain S.; Vilcanqui, Omar A. C.; Sguarezi Filho, Alfeu J. Tuning

A Model Predictive Controller For Doubly Fed Induction Generator Employing A Constrained

Genetic Algorithm. IET Electric Power Applications, V. 13, N. 6, P. 819-826, Jun 2019.

2. Hildo Guillardi Júnior, Eduardo Verri Liberado, José Antenor Pomilio, Fernando Pinhabel

Marafão: General-compensation-purpose Static var Compensator prototype, HardwareX,

Volume 5, April 2019, e00049, https://doi.org/10.1016/j.ohx.2018.e00049

3. João B.R. do Val, Patrice Guillotreau and ThomasVallée. “Fishery Management under Poorly

Known Dynamics”, European Journal of Operational Research, vol. 279, n.1, p. 242–257,

2019 DOI: 10.1016/j.ejor.2019.05.016

4. Arrieta Paternina, Mario R.; Tripathy, Rajesh Kumar; Zamora-Mendez, Alejandro; Dotta,

Daniel. Identification Of Electromechanical Oscillatory Modes Based On Variational Mode

Decomposition. Electric Power Systems Research, V. 167, P. 71-85, Feb 2019.

5. Oruganti, V. S. R. V.; Dhanikonda, V. S. S. S. S.; Paredes, H. K. Morales; Simoes, M. Godoy.

Enhanced Dual-Spectrum Line Interpolated Fft With Four-Term Minimal Sidelobe Cosine

Window For Real-Time Harmonic Estimation In Synchrophasor Smart-Grid Technology.

Electronics, V. 8, N. 2 Feb 2019.

6. Gerez, C.; Silva, I. Lindenberg; Belati, E. A.; Sguarezi Filho, A. J.; Costa, E. C. M.

Distribution Network Reconfiguration Using Selective Firefly Algorithm And A Load Flow

Analysis Criterion For Reducing The Search Space. IEEE Access, V. 7, P. 67874-67888, 2019.

7. Moreira, A. B.; Dos Santos Barros, T. A.; De Castro Teixeira, V. S.; De Souza, Ramon

Rodrigues; De Paula, M. V.; Ruppert Filho, E.. Control Of Powers For Wind Power

Generation And Grid Current Harmonics Filtering From Doubly Fed Induction Generator:

Comparison Of Two Strategies. IEEE Access, V. 7, P. 37203-37213, 2019.

8. Souza, W. A.; Marafao, F. P.; Liberado, E. V.; Simoes, M. G.; Da Silva, L. C. P., A. Nilm

Dataset For Cognitive Meters Based On Conservative Power Theory And Pattern Recognition

Techniques. Journal Of Control Automation And Electrical Systems, V. 29, N. 6, P. 742-755,

Dec 2018.

9. Bento, M. E. C.; Dotta, D.l; Kuiava, R.; Ramos, Rodrigo A.: Robust Design Of Coordinated

Decentralized Damping Controllers For Power Systems. International Journal Of Advanced

Manufacturing Technology, V. 99, N. 5-8, P. 2035-2044, Nov 2018.

10. Moreira, A. C.; Paredes, H. K. M.; De Souza, W. A.; Marafao, F. P.; Da Silva, L. C. P.

Intelligent Expert System For Power Quality Improvement Under Distorted And Unbalanced

Conditions In Three-Phase AC Microgrids. IEEE Transactions On Smart Grid, V. 9, N. 6, P.

6951-6960, Nov 2018.

11. Souza, R. R.; Moreira, A. B.; Barros, T. A. S.; Ruppert, E.. A Proposal For A Wind System

Equipped With A Doubly Fed Induction Generator Using The Conservative Power Theory For

Active Filtering Of Harmonics Currents. Electric Power Systems Research, V. 164, P. 167-

177, Nov 2018.

12. D. I. Narváez, M. V. G. Reis, T. A. S. Barros, E. Ruppert, M. G. Villalva, “Performance

Comparison of DC and AC Controllers for a Two-Stage Power Converter in Energy Storage

Application”, Electric Power Systems Research Journal, Elsevier, November 2018.

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13. Brandao, D. I.; De Araujo, Lucas S.; Caldognetto, T.; Pomilio, J. A. Coordinated Control of

Three- And Single-Phase Inverters Coexisting In Low-Voltage Microgrids. Applied Energy,

V. 228, P. 2050-2060, Oct 15 2018.

14. Morales-Paredes, H. K.; Bonaldo, J. P.; Pomilio, J. A.: Centralized Control Center

Implementation For Synergistic Operation Of Distributed Multifunctional Single-Phase Grid-

Tie Inverters In A Microgrid. IEEE Transactions on Industrial Electronics, V. 65, N. 10, P.

8018-8029, Oct 2018.

15. Marafao, F. P.; Dos Santos Alonso, A. M.; Goncalves, F. A. S.; Brandao, D. I.; Germano

Martins, A. C.; Morales Paredes, H. K.. Trends and Constraints on Brazilian Photovoltaic

Industry: Energy Policies, Interconnection Codes, And Equipment Certification. IEEE

Transactions on Industry Applications, V. 54, N. 5, 1, P. 4017-4027, Sep-Oct 2018.

16. Cavalheiro, Ellen M. B.; Vergilio, Andre H. B.; Lyra, Christiano. Optimal Configuration Of

Power Distribution Networks With Variable Renewable Energy Resources. Computers &

Operations Research, V. 96, P. 272+, Aug 2018.

17. D. I. Brandão, J. A. Pomilio, F. P. Marafão, A. M. dos Santos Alonso, “Validação

Experimental de uma Microrrede Com Controle Centralizado e Despachável”, Eletrônica de

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

18. Curi Busarello, T. D.; Paredes, H. K. M.; Pomilio, J. A.; Simoes, M. G. Synergistic Operation

Between Battery Energy Storage And Photovoltaic Generator Systems To Assist Management

Of Microgrids. IET Generation Transmission & Distribution, V. 12, N. 12, P. 2944-2951, Jul

10 2018.

19. SILVA, J. L. S.; MOREIRA, H. S. ; MESQUITA, D. B. ; REIS, M. V. G.;VILLALVA, M. G.

Study of Power Optimizers for grid-connected photovoltaic systems, Aceito em in IEEE

Transactions Latin-America.

20. B. Gao, R. Torquato, W. Xu, e W. Freitas, “Waveform-Based Method for Fast and Accurate

Identification of Subsynchronous Resonance Events,” Aceito para publicação em IEEE

Transactions on Power Systems.

21. Y. Perdana, S. M. Muyeen, A. Al-Durra, H. K. Morales-Paredes, M. G. Simões, “Direct

Connection of Supercapacitor-Battery Hybrid Storage System to the Grid-tied Photovoltaic

System”. Aceito para publicação IEEE Transactions Sustainable Energy, Vol. 10, No. 03, pp.

1370-1379, July 2019.

Publicações em Conferências (artigos completos, inclui artigos aceitos), (de julho de 2018 até junho

de 2019)

1. E. M. B. Cavalheiro e C. Lyra “Configurações de redes de distribuição de energia elétrica com

fontes distribuídas considerando variações de demanda”, Anais do “50o Simpósio Brasileiro de

Pesquisa Operacional”, 6 a 9 de agosto de 2018, Rio de Janeiro, RJ, Artigo 85020, 11 pg

2. J. P. Bonaldo; G. Junior Schiavon; H. K. Morales Paredes; J. A. Pomilio, “Estratégia de ajuste

automático da compensação de distúrbios baseada na corrente nominal de inversores

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

3. Lucas S. Araújo; Augusto M. S. Alonso; Willian M. Ferreira; H. Couto; D. I. Brandão; F. P.

Marafão; J. A. Pomilio, “Estratégia de Controle para Coordenação de Conversores

Monofásicos e Trifásicos Distribuídos em Microrredes”, 22º Congresso Brasileiro de

Automática, setembro de 2018, João Pessoa, PB.

4. T. H. de Abreu Mateus; J. A. Pomilio; R. B. Godoy; J. O. P. Pinto, “Conversor Multinível

Ponte-H em Cascata Controlado por Droop Robusto e Sem PLL Aplicado à Solução de

Sombreamento Parcial em Sistema de Geração Conectados à Rede Elétrica”, 22º Congresso

Brasileiro de Automática, setembro de 2018, João Pessoa, PB.

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5. H. S. Moreira, M. V. G. dos Reis, K. B. de Melo, M. K. da Silva, M. G. Villalva, T. G.

Siqueira, “Comparação entre métodos de rastreamento do ponto de máxima potência para

sistemas fotovoltaicos sob condições de sombreamento parcial”, XXII Congresso Brasileiro de

Automática, CBA, 2018

6. K. B. de Melo, B. H. K. de Paula, M. K. da Silva, D. I. Narvaez, H. S. Moreira, T. G. Siqueira,

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

XXII Congresso Brasileiro de Automática, CBA, 2018

7. M. V. G. dos Reis, D. I. Narvaez, T. A. S. Barros, H. S. Moreira, M. G. Villalva, “Review of

anti-islanding methods for grid-tied photovoltaic inverters”, XXII Congresso Brasileiro de

Automática, CBA, 2018.

8. Marcos R. Fernandes, Rafael F. Souto, and João B. R. do Val “Filtragem de sistemas não

lineares: considerando a variação da estimativa como fonte de incerteza”,. In CBA 2018.

9. Marcos R. Fernandes, Rafael F. Souto, and João B. R. do Val, "Filtering of poorly known

systems: Estimation variations as source of uncertainty”, In CDC 2018.

10. Wesley A. de Souza, Fernando D. Garcia, Felipe L. Paes, Fernando P. Marafão, “Sistema de

Gerenciamento de Consumo Baseado em Medidores Cognitivos de Energia Elétrica”,

Congresso Brasileiro de Automática, 2018

11. Danilo Caldas, Angelo Mendonça, Flávio A. Serrão Gonçalves, Fernando P. Marafão,

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

distúrbios de frequência e tensão”, Congresso Brasileiro de Automática, 2018

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

Elisabetta Tedeschi, “Compensação distribuída de harmônicos em microrredes monofásicas de

baixa tensão”, Congresso Brasileiro de Automática, 2018

13. H.K.M. Paredes, J. de A. Olimpio Filho, A. M. dos Santos Alonso; J.P. Bonaldo; F. P. Marafão

“Filtro Ativo de Potência Trifásico para Compensação de Oscilações da Potência Instantânea”.

13th IEEE International Conference on Industry Applications (INDUSCON), 2018.

14. Almeida, F. A. F.; Goncalves, F. A. S.; Marafão, F. P.; Liberado, E. V. Compensação De

Energia Reativa Com SVC Em Rede De Baixa Tensão Com Gerador Distribuído Utilizando

Indicadores Da Teoria De Potência Conservativa. In: 13th IEEE/IAS International Conference

on Industry Applications, 2018, São Paulo.

15. T.D.C. Busarello, H. J. Lara Urdaneta, A. Péres, J.A. Pomilio, M.G. Simões, “Cluster

Formation Strategy as Ancillary Service of a Battery Storage System in a Secondary

Distribution System”, 2018 13th IEEE International Conference on Industry Applications

16. Costa, T.; Narvaez, D.; Kitayama, M.; Lopes, Davi; Villalva, M. An Analysis of Steady-state

and Transient Effects When Adding Photovoltaic Generator into the Power Distribution

System. 13th IEEE/IAS International Conference on Industry Applications – 2018.

17. Melo, K. B.; Reis, M. V. G.; Silva, M. K.; Villalva, M. G.; Souza, R. C. R. Comparative Study

of Methods to Evaluate Three Phase Induction Motors Loading. In: 13th IEEE International

Conference on Industry Applications (INDUSCON), 2018, São Paulo - SP.

18. Silva, J. L. S.; Moreira, H. S. ; Mesquita, D. B. ; Villalva, M. G. Analysis of Power Optimizers

in Photovoltaic Power Plant. In: 2018 13th IEEE International Conference on Industry

Applications, 2018, São Paulo - SP.

19. Narvaez, Dante Inga ; Reis, Marcos Vinicios Gomes Dos ; Villalva, Marcelo Gradella .

Bottom-up Design Methodology for a Hybrid AC/DC Microgrid with Energy Storage and

Photovoltaic Generating Units. In: 13th IEEE International Conference on Industry

Applications (INDUSCON), São Paulo. 2018

20. Campos, R. E.; Sako, E. Yoiti; Reis, M. V. Gomes Dos ; Villalva, M.Gradella. A Review of the

Main Methods to trace the I-V Characteristic Curve of PV Sources. In: 13th IEEE International

Conference on Industry Applications (INDUSCON), 2018, São Paulo.

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21. Maltione, Ricardo; Marcos Dos Reis, V. G.; Narvaez, Dante I.; Villalva, Marcelo Gradella ;

Kretly, Luiz Carlos . Small Size Inverters: Development Challenges for PV, Renewable Energy

Applications, as Well IoT, EMC, Lightning and Robustness Tradeoffs. In: 13th IEEE

International Conference on Industry Applications (INDUSCON), 2018, São Paulo.

22. Tiago Davi Curi Busarello; Jose Antenor Pomilio; Marcelo Godoy Simoes, “Design Procedure

for a Digital Proportional-Resonant Current Controller in a Grid Connected Inverter”, 2018

IEEE 4th Southern Power Electronics Conference (SPEC).

23. Caio dos Santos & C. Lyra, “Connecting a Cluster of Small Renewable Sources to a Power

System”, Aceito para apresentação e publicação nos Proceedings do “IEEE PES Innovative

Smart Grid Technologies Latin America 2019”, 15 a 18 de setembro de 2019, Paper 181, 6pg,

Gramado, RS, Brasil.

24. E. M. B. Cavalheiro & C. Lyra, “Optimal Configuration of Power Distribution Networks with

Small Intermittent Energy Sources”, Aceito para apresentação e publicação nos Proceedings do

“IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Latin America 2019”, 15 a 18 de setembro de

2019, Paper 210, 5pg, Gramado, RS, Brasil.

25. Caio dos Santos, Petra M. Bartmeyer & C. Lyra, “Allocation of Fault Indicators for Adaptive

Protection Schemes”, Aceito para apresentação e publicação nos Proceedings do “IEEE PES

Innovative Smart Grid Technologies Latin America 2019”, 15 a 18 de setembro de 2019, Paper

236, 6pg, Gramado, RS, Brasil.

26. T. Costa, D. Narvaez, K. Melo, M. Kitayama, M. Villalva. Study on the Addition of Solar

Generating and Energy Storage Units to a Power Distribution System. SEST 2019:

International Conference Smart Energy Systems and Technologies (aceito).

27. T. Costa, D. Narvaez, K. Melo, D. Pompermaier, M. Villalva. Optimum design of autonomous

PV-diesel-battery hybrid systems: case study at Tapajós-Arapiuns extractive reserve in Brazil.

2019 IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Latin America (ISGT LA) (aceito).

28. Melo, K. B.; Tavares, L. R.; Silva, M. K.; Villalva, M. G. Accuracy Analysis of Sun Position

Calculation Algorithms: Ineichen and SPA. In: Aceito para IEEE PES Innovative Smart Grid

Technologies Latin America (ISGT) 2019, Gramado - RS.

29. Fonseca, J. V. D.; Periera, L. A. A.; Moreira, A. C.; Guillardi Jr., H.; Liberado, E. V.; Paredes,

H. K. M.. Implementação de um medidor de potência baseado na CPC utilizando o sistema

embarcado myRIO. Aceito para o CBQEE 2019.

30. William Hertz Ganzenmuller, Flávio A. S. Gonçalves. Revisão de Sistemas de Carregamento

de Veículos Elétricos. Congresso Brasileiro de Qualidade de Energia Elétrica (CBQEE 2019)

(artigo aceito)

31. Silva, J. L. S.; Moreira, H. S.; Mesquita, D. B.; Cavalcante, M. M.; Villalva, M. G. Modular

Architecture with Power Optimizers for Photovoltaic Systems. In: Aceito em Smart Energy

Systems and Technologies, 2019, Porto - PT, 2019.

32. Melo, K. B.; Moreira, H. M.; Moreira, A. V. S.; Villalva, M. G. Influence of Backtracking at

Solar-Tracking Photovoltaic Power Plants for Generation and Protection. In: Aceito para 11th

International Conference on Applied Energy (ICAE) 2019, Västerås, Sweden.

Teses, dissertações e ICs encerradas no período:

Maique Correa Garcia. “Desenvolvimento de Plataforma de Hardware para pesquisas e

medição fasorial sincronizada - D-PMU” Dissertação de Mestrado, FEEC-Unicamp, junho de

2019, Orientador Daniel Dotta.

Felipe Leite Paes. Metodologia para desagregação de cargas em instalações residenciais através

de medidores cognitivos de energia. 2018. Dissertação de Mestrado em Engenharia Elétrica -

Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho. Orientador: Fernando P. Marafão.

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Danilo Martins Caldas (Mestrado). Título do Projeto: Análise da Integração de Usinas Eólicas

Através dos Requisitos Técnicos dos Procedimentos de Rede do ONS. Orientador: Prof. F. A.

S. Gonçalves

Marcella de Sant' Ana. Estudo e desenvolvimento de tecnologias para automação residencial

com foco na gestão de energia elétrica nas instalações. 2019. Iniciação Científica. (Graduando

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

Filho, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo. Orientador: F.P. Marafão.

Marcos Rogério Fernandes. Filtragem estocástica: variação da estimativa como fonte de

incerteza. Dissertação de mestrado, FEEC–UNICAMP, 2019. Orientador João Bosco Ribeiro

do Val

Elmer Lévano Huamaccto. Gerador estendido e estabilidade quase certa para processos de

difusão degenerados. Tese de doutorado, FEEC–UNICAMP, 2018. Orientador João Bosco

Ribeiro do Val

Bruno Fernandes de Oliveira. Estratégias de operação cooperativa de inversores

multifuncionais em redes de distribuição de energia. 2018. Iniciação Científica. (Graduando em

Engenharia de Controle e Automação) - Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita

Filho, Bolsa FAPESP, Orientador: Fernando Pinhabel Marafão.

Sophia Martins Braghetto Barillari (Iniciação Científica). Título do Projeto: Modelagem de

Inversores do tipo Fonte-Y para Sistemas de Microgeração. Agência de Fomento: CNPq.

Orientador: Prof. F. A. S. Gonçalves

Augusto Carvajal Quinaglia (Iniciação Científica). Estudo de viabilidade e análise de

implantação de “residências CC”. FAPESP. Orientador: Flávio Alessandro Serrão Gonçalves.

Lucas Arná Matos dos Santos (trabalho de conclusão de curso). Desenvolvimento De Sistemas

De Controle Digitais Baseados Em FPGA Para Conversores CC-CA Empregando Rede De

Impedância. Orientador: Flávio Alessandro Serrão Gonçalves

Thaís Berretini Bosco (trabalho de conclusão de curso). Estudo Comparativo de Algoritmos de

Aprendizado de Máquinas Para Análise de Desagregação de Cargas Elétricas. 2019. Trabalho

de Conclusão de Curso. Orientador: Flávio Alessandro Serrão Gonçalves.

Projetos/Bolsas FAPESP Vinculados (em vigência no período deste relatório)

1. 17/21087-8 - Estudo e implementação do controle e do gerenciamento energético de uma

microrrede em corrente contínua, com sistema de geração de energia elétrica a partir de

energia eólica, usando gerador elétrico de relutância variável,BP.DR (Orientador Prof. E.

Ruppert)

2. 17/24652-8 - Desenvolvimento de metodologia de controle cooperativo de geradores

distribuídos em microrredes de energia com múltiplas considerações de operação, BP.DR

(Orientador Prof. F. Marafão)

3. 17/25425-5 - Análise de metodologias baseadas em redes neurais artificiais para a

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

4. 17/10476-3 - Desenvolvimento de metodologias para integração em sistemas de gestão da

distribuição na presença de fontes distribuídas de energia e medidores inteligentes, BP.DR

(Orientador Prof. W. Freitas)

5. 18/11643-3 - Estudo e desenvolvimento de tecnologias para automação residencial com foco

na gestão de energia elétrica nas instalações, BP.IC (Orientador Prof. F. Marafão) 6. 18/07375-3 - Operação de SEE com alta penetração de geração eólica, BE.PQ (Prof. Daniel

Dotta) 7. 18/13993-1 - Estudo da estabilidade sistêmica de rede elétrica com múltiplas fontes e cargas

controladas, BP.PD (PD de João I. Y. Ota, Orientador Prof. J. A. Pomilio)

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8. 18/19601-8 - Análise comparativa dos algoritmos de sincronismo NRF-PLL e GDSC-

PLL, BP.IC (Orientador Prof. F. Marafão) 9. 18/24018-0 - Metodologias para a integração de medições de alta resolução no gerenciamento

dos sistemas modernos de distribuição de energia elétrica, BP.PD (PD de Ricardo T. Borges,

Orientador Prof. W. Freitas)

Participações de membros da equipe em eventos (com recursos do projeto):

1. 2º Encontro da Equipe de Pesquisa do Projeto Temático, 31 de julho de 2018,

FEEC/UNICAMP. Apresentação da Prestação de Contas parcial nº1; Relatório Científico

parcial nº 1; Perspectivas de colaborações internacionais e nacionais; Planejamento para o 2º

ano de atividades.

2. 23rd

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

2018. Participação com apresentação de trabalho.

3. 50o Simpósio Brasileiro de Pesquisa Operacional, 6 a 9 de agosto de 2018, Rio de Janeiro, RJ.

Participação com apresentação de trabalho.

4. 13th IEEE International Conference on Industry Applications (INDUSCON), outubro de 2018,

São Paulo, Brasil. Participações com apresentações de 8 artigos.

5. XXII Congresso Brasileiro de Automática, CBA, setembro de 2018, João Pessoa - PB.

Participações e apresentações de 10 trabalhos.

6. 57th

IEEE Conference on Control and Decision, dezembro 2018, participação e apresentação de

um artigo.

7. IEEE 4th Southern Power Electronics Conference (SPEC), dezembro de 2018, Cingapura,

participação com apresentação de um artigo.

8. FAPESP Week Belgium. Advances and Challenges on Cooperative Control of Distributed

Energy Gateways for Smarter Power Grids. 2018

9. 3º Encontro da Equipe de Pesquisa do Projeto Temático, 25 de julho de 2019,

FEEC/UNICAMP. Apresentação da Prestação de Contas parcial nº2; Relatório Científico

parcial nº 2; Perspectivas de colaborações internacionais e nacionais; Planejamento para o 3º

ano de atividades.

Seminários internos

Foram realizados três seminários internos, com difusão pela WEB e que estão disponíveis para

acesso:

Maique Correa Garcia, Agosto de 2018 - "Desenvolvimento de Unidade de Medição Fasorial

Sincronizada para Sistemas de Distribuição (D-PMU)"

Eliabe D. Queiroz Sept. 2018 – “System identification applied to microgrid stability studies” (in

Portuguese)

Joel F. Guerreiro Sept. 2018 “An approach to the design of Stable Distributed Energy

Resources” (in Portuguese)

Os dois últimos estão disponíveis na internet (links nos nomes dos apresentadores), enquanto o

material do primeiro está acessível na página do Projeto.

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

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Cooperações Internacional e Nacional

O Projeto conta com o apoio e colaboração dos seguintes pesquisadores no exterior:

Elisabetta Tedeschi, Norwegian University of Science and Technology, Norway.

Paolo Tenti, Leopoldo Rossetto, Simone Buso, Paolo Mattavelli, Giorgio Spiazzi: Power

Electronics Group, Department of Information Engineering, University of Padova, Italy.

Marcelo Godoy Simoes, Colorado School of Mines, USA.

Alessandro Costabeber, University of Nottingham, UK.

Tais colaborações têm resultado em publicações conjuntas (como é possível verificar pela

relação de publicações apresentada), em intercâmbios de pesquisadores, na realização de atividades de

pesquisa e divulgação, na troca de experiências técnicas e científicas, etc.

Colaboração com a Profa. Elisabetta Tedeschi deu origem a um processo de cotutela de aluno

de doutorado em tema relacionado ao projeto. Desta forma, o doutorando Augusto Matheus

dos Santos Alonso, bolsista FAPESP, viajou no início de junho de 2019 para um estágio de

um ano na NTNU, como parte do programa de duplo diploma estabelecido entra a UNESP e

a NTNU. Tal intercâmbio tem financiamento de bolsa BEPE da FAPESP. Considera-se tal

processo extremamente importante, não apenas para a formação do doutorando em questão,

mas especialmente para a internacionalização do projeto temático e dos trabalhos

desenvolvidos.

Proposição de um projeto na chamada conjunta entre a FINEP e o RCN (agência

correspondente na Noruega). Tal projeto é centrado no tema de plataformas inteligentes de

petróleo, no âmbito do sistema elétrico das plataformas. Tal proposta da UNESP tem o Prof.

Marafão como coordenador brasileiro, contanto com outros pesquisadores da UNESP e

colaboradores da UFMG e da UFSC, e apoio da Petrobras e da SAFT Brasil. No lado

norueguês, além da NTNU, o projeto conta com a participação da Equinor e ABB. O projeto

foi classificado em quarta colocação na chamada e aguarda finalização dos prazos processuais

para saber se será ou não financiado. Independentemente do resultado de tal chamada, outras

opções para consolidação desta parceria têm sido discutidas e outras propostas serão

submetidas no segundo semestre de 2019.

Ressaltam-se ainda:

Estágio de pesquisa na Colorado School of Mines (Estados Unidos): “Desenvolvimento

de técnicas de compensação e metodologias para análise da qualidade de energia dos

modernos sistemas de distribuição”, Prof. Dr. Helmo Kelis Morales Paredes, Anfitrião:

Prof. Dr. Marcelo Godoy Simoes.

Bolsa BEPE/FAPESP junto à Universidade de Aalbrog, Dinamarca, para

desenvolvimento do projeto “Estudo e implementação do controle e do gerenciamento

energético de uma microrrede em corrente contínua, com sistema de geração de energia

elétrica a partir de energia eólica, usando gerador elétrico de relutância

variável”. Doutorando: Pedro José dos Santos Neto, orientado pelo prof. Ernesto Ruppert

Filho e sendo supervisor Internacional: Prof. Dr. Josep Guerrero.

Proposição de projeto SPRINT/FAPESP, para intercâmbio de pesquisadores, com a Royal

Melbourne Institute of Technology (RMIT), da Austrália: “Collaboration on Research and

Development of Smart Electrical Grids”

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

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Summary Extensive research work has been conducted in the last decade into the paradigm change of

smart grids. A central part of this vision is the microgrid, i.e. a local combination of small-scale

generators and loads that are clustered together to operate either grid-connected or islanded as a

stand-alone power grid. Microgrids have the potential to provide improved supply reliability, and

reduced distribution losses due to the proximity of the local generation sources and loads. This

ATN/FAPESP collaboration aims to develop and exchange knowledge and skills on topics

related to microgrids, including converter topologies, modeling and control synthesis, stability

analysis, communication and coordination, as well as the design, construction, and operation of a

laboratory microgrid facility. This aim is strongly aligned to the goals of the FAPESP Thematic

Grant 16/08645-9 (Interdisciplinary Research Activities in Electric Smart Grids) and ARC

Discovery Grant GA2248 (Advanced Inverter Control for Distributed Energy Systems).

Collaboration Team

ATN/RMIT

Principal Investigator Dr. Carlos Teixeira, Lecturer

Co-principal Investigators Dr. Grahame Holmes, Innovation Professor, Smart Energy Systems

Dr. Brendan McGrath, Associate Professor and Discipline Leader

Associate Researchers Dr. Lasantha Meegahapola, Senior Lecturer

Dr. Inam Nutkani, Lecturer

Dr. Kazi Hasan, Lecturer

FAPESP

Principal Investigator Prof. Dr. José Antenor Pomilio, Unicamp

Associate Researchers Prof. Dr. Alfeu Joãozinho Sguarezi Filho, UFABC

Prof. Dr. Flávio Alessandro Serrão Gonçalves, UNESP/Sorocaba

Prof. Dr. Daniel Dotta, Unicamp

Dr. João Inácio Y. Ota, Postdoctoral Researcher, Unicamp

Em 2018 foram realizadas visitas acadêmicas e científicas em laboratórios de pesquisa e

desenvolvimento da Swinburne University of Technology, em Melbourne, Austrália. Tais

atividades foram descritas no relatório antenrior. Foi proposto um projeto SPRINT que,

entretanto, não foi aprovado pela Swinburne University. No entanto, continua-se interagindo

com os pesquisadores daquela Universidade, em particular com o Professor Ryszard Kowalczyk,

Wipro Chair of Artificial Intelligence, diretora da Swinburne Key Lab for Intelligent Software

Systems da School of Software and Electrical Engineering. Para 2020, está prevista uma visita de

longa duração como parte das atividades de um ano sabático do PA Prof. Dr. Leonardo Souza

Mendes na Swinburne University.

Em termos de parcerias acadêmicas nacionais, as colaborações têm ocorrido com os seguintes

docentes/pesquisadores e instituições:

Prof. Dr. Danilo Iglesias Brandão, Departamento de Engenharia Elétrica, UFMG;

Prof. Dr. Tiago Davi Curi Busarello, Campus de Blumenau, UFSC;

Prof. Dr. Jakson Paulo Bonaldo, UTFPR e, atualmente na UFMT;

Prof. Dr. João Onofre Pereira Pinto, UFMS.

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

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Em termos de parcerias industriais o LabREI recebeu a doação de um inversor fotovoltáico

da empresa PHB Solar. A empresa SEW Eurodrive desenvolveu dois sistemas de posicionamento de

painéis fotovoltaicos como suporte às pesquisas o PA Prof. Dr. Marcelo Gradella Villalva. Aém disso,

através de apoio ao Prof. José A. Pomilio, tem subsidiado o desenvolvimento de um módulo inversor

de alto desempenho.

Em termos de parcerias institucionais, é importante ressaltar a interação dos pesquisadores do

ICTS/UNESP no sentido de dar suporte técnico a diversos grupos de trabalho atuantes na cidade de

Sorocaba, buscando fomentar a criação do Arranjo Produtivo Local (APL) em Energias

Renováveis da Região de Sorocaba. O APL conta com o apoio de diversas secretarias e agências de

Estado e Federais, e a previsão é que o APL seja oficialmente constituído entre Agosto e Setembro de

2019, estando atualmente na fase de minuta de estatuto e fichas de participação.

O projeto P&D ANEEL da CPFL Energia referente ao “Campus Eficiente” da Unicamp,

possibilitou a instalação de 18 kWp através de 55 painéis fotovoltaicos cuja conexão com a rede física

se dá através de um quadro elétrico no LabREI, contando com um inversor trifásico e um bifásico.

Uma chave permite fazer a conexão diretamente com a rede da FEEC (quando a rede experimental não

estiver ativada) ou através da rede do LabREI, conectando os inversores em qualquer das barras.

Vista parcial dos painéis fotovoltaicos instalados na FEEC e que alimentam a rede experimental do LabREI

Está em fase final de assinatura (com previsão de início de atividades em janeiro de 2020) um

projeto de P&D ANEEL, envolvendo CPFL Energia, State Grid/CEPRI (Chinese Electric Power

Research Institute), UNICAMP, UFMA e IATI. Trata-se do primeiro projeto de Redes Inteligentes da

CPFL e que se adéqua perfeitamente aos objetivos deste projeto Temático e à infraestrutura

disponibilizada pelo LabREI.

Este projeto da CPFL prevê diversos níveis de aplicações de redes inteligentes CC e CA, em

níveis crescentes de potência. Assim, está prevista a implantação em uma área do campus (envolvendo

vários edifícios) de uma microrrede experimental “real” com potência de 1 MVA.

Observe-se que este é o estágio imediatamente seguinte ao que se propõe este projeto,

especialmente no que concerne o LabREI, que é uma rede plenamente acadêmica. A possibilidade de

verificar o comportamento de uma rede com cargas e usuários reais, mas ainda plena de possibilidades

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

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de medições e de intervenções programadas é uma grande oportunidade de verificação dos resultados

perscrutados nas pesquisas vinculadas ao Projeto.

Para além desta rede experimental está prevista uma ampliação para redes comunitárias reais,

incluindo sistemas de armazenamento de energia com baterias e volantes e geração distribuída de

diferentes naturezas.

Visita de comitiva do CEPRI ao LabREI (julho de 2019)

Para o terceiro ano do projeto está previsto o início uma cooperação com o Centro Tecnológico

para a Informática “Renato Archer” (CTI) para estudos de técnicas de Power Line Communication

(PLC) na rede experimental.

A página internet do Projeto, com versões em português e inglês, está disponível em:

https://www.fee.unicamp.br/lab-rei

Constantemente em construção, a página traz informações iniciais sobre os objetivos e a

infraestrutura disponível, bem como indica as produções realizadas (com link para as mesmas),

tornando imediato o acesso aos resultados decorrentes do projeto.

Com a finalização das instalações e o desenvolvimento do sistema de configuração dos

equipamentos, serão definidos os critérios para uso das facilidades a usuários externos.

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

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Relatório Parcial nº 2 Julho de 2018 a Junho de 2019

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

Pesquisas em Eletrônica de Potência e Condicionamento de Energia Elétrica

Atividades em sistemas de controle para conversores eletrônicos de potências empregados na

conexão de fontes renováveis Doutorando Ângelo S. Lunardi

Orientador Prof. Dr. Alfeu J. Sguarezi Filho

Neste item estão sendo abordadas técnicas de controle com objetivo de injetar as potências ativa

e reativa desejadas na rede elétrica e a reconfiguração de redes de distribuição.

A primeira abordagem trata-se do projeto das matrizes de ponderação de um controlador

preditivo baseado no modelo aplicado no controle das correntes rotóricas do gerador de indução

duplamente alimentado com o emprego de técnicas de otimização de forma a melhorar o desempenho

do sistema com emprego da predição de espaço de estados. Algoritmos genéticos (AGs) demonstraram

seu potencial em encontrar boas soluções para problemas complexos. No entanto, o AG em sua forma

original não possui um mecanismo para lidar com restrições. Desta forma, um método para ajustar o

MPC com base em um novo AG restrito é proposto. Desta forma, o método permite uma boa solução

para as matrizes de ponderação com requisitos máximos predeterminados, como o máximo de

overshoot e tempo de acomodação.

A outra abordagem é resolver o problema de reconfiguração da rede de distribuição (RRD),

visando a minimização das perdas reais de energia. Por ser um problema que tem complexidade para

sua solução, técnicas aproximadas são adequadas para resolvê-lo. Nesse caso é estudada uma técnica

baseada na metaheurística vaga-lume, denominada algoritmo seletivo do pirilampo, onde o

posicionamento desses insetos é comprimido em uma faixa seletiva de valores. O algoritmo é aplicado

ao RRD, e toda a sua implementação e adequação ao problema estudado são apresentadas. Para definir

o espaço de busca, a metodologia apresentada inicialmente considera um conjunto de chaves

candidatas para abertura com base na análise de malha dos sistemas estudados. Para reduzir essas

possibilidades, um refinamento através de um critério de análise de fluxo de carga (LFAC) é proposto.

Para demonstrar o comportamento e a viabilidade do LFAC, ele foi aplicado inicialmente em um

sistema de 5 barras e 7 ramais. Além disso, para evitar ficar preso em resultados que podem não ser

considerados bons, um distúrbio que redefine a população é definido para ocorrer toda vez que um

contador atinge um número predefinido de vezes que a melhor solução não muda. Resultados

encontrados para simulações com 33, 70 e 84 barramentos são apresentados e comparações com

otimização seletiva por enxame de partículas e algoritmo seletivo de morcego foram feitas.

Publicações

C. Gerez, L. I. Silva, E. A. Belati, A. J. Sguarezi Filho and E. C. M. Costa, "Distribution Network

Reconfiguration Using Selective Firefly Algorithm and a Load Flow Analysis Criterion for Reducing

the Search Space," in IEEE Access, vol. 7, pp. 67874-67888, 2019.

doi: 10.1109/ACCESS.2019.2918480

Lucas L. Rodrigues; Alain S. Potts; Omar A. C. Vilcanqui; Alfeu J. Sguarezi Filho. Tuning a model

predictive controller for doubly fed induction generator employing a constrained genetic algorithm. IET

Electric Power Applications, Volume 13, Issue 6, June 2019, p. 819 – 826, DOI: 10.1049/iet-

epa.2018.5922.

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

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Estudo e simulação de sistemas híbridos a partir de fonte fotovoltaica para aplicação autônoma e

conectada à rede

Mestranda: Tatiane Silva Costa

Orientador: Prof. Marcelo Gradella Villalva

No Brasil, a prática de sistemas híbridos (SHEs) para geração de energia é bastante encontrada

em áreas isoladas caracterizadas pelas minirredes para abastecimento de comunidades que sempre

contam com um grupo gerador a diesel em conjunto com sistemas fotovoltaicos ou eólicos. Com o

processo de popularização dos sistemas conectados à rede, uma das principais tendências tecnológicas

que acompanham esse processo têm sido as instalações de produção de energia renovável com ativos

de armazenamento de energia, além do uso de veículos elétricos. Assim, os SHEs começarão a ganhar

espaço no ambiente com disponibilidade do sistema interligado. Particularmente os estados da

Califórnia com o Programa de Incentivo de Autogeração e o Hawaii apresentam suas primeiras

instalações dos EUA. O Reino Unido e Alemanha saem a frente como pioneiras dessas atividades na

Europa. O país alemão demandando cerca de 120.000 instalações com armazenamento de energia

fomentado por políticas governamentais do Ministério Federal da Economia e Energia, outros países

como Japão, China e Austrália estão entre os países com forte mercado para incentivar as novas

aplicações conectadas a rede com sistemas de armazenamento de energia e geração renovável. Em

2018 o país líder em implantação de sistemas de armazenamento de energia foi a Coreia, seguida pela

China, Estados Unidos e Alemanha.

A pesquisa do mestrado tem por objetivo o estudo e simulação de sistemas híbridos a partir de

fonte fotovoltaica para aplicação autônoma com o estudo de caso de um sistema fotovoltaico-diesel na

Reserva Extrativista Tapajós-Arapiuns na região amazônica e um sistema fotovoltaico-bateria-rede

para suprir a carga de veículo elétrico para transporte público.

As simulações demonstram as características, desempenho, estratégias de despacho com baterias,

geradores a diesel e rede elétrica. Além da modelagem dos perfis de carga, aliado a previsão dos

recursos energéticos disponíveis para cada fonte. Entre os resultados estão os balanços de energia

anuais que poderão ser utilizados para o planejamento, gerenciamento e eficiência das fontes e do

consumo das cargas.

Artigos

Costa, Tatiane; Narvaez, Dante; Kitayama, Michelle; Lopes, Davi; Villalva, Marcelo. Na Analysis of

Steady-state and Transiente Effects When Adding Photovoltaic Generator into the Power Distribution

System. 13th IEEE/IAS International Conference on Industry Applications – INDUSCON, 2018.

(publicado)

T. Costa, D. Narvaez, K. Melo, M. Kitayama, M. Villalva. Study on the Addition of Solar Generating

and Energy Storage Units to a Power Distribution System. SEST 2019: International Conference Smart

Energy Systems and Technologies (aceito).

T. Costa, D. Narvaez, K. Melo, D. Pompermaier, M. Villalva. Optimum design of autonomous PV-

diesel-battery hybrid systems: case study at Tapajós-Arapiuns extractive reserve in Brazil. 2019 IEEE

PES Innovative Smart Grid Technologies Latin America (ISGT LA) (aceito).

Estudo de Algoritmos de Cálculo da Posição Solar Aplicados a Sistemas de Geração Fotovoltaica

Mestranda: Karen Melo

Orientador: Prof. Marcelo Gradella Villalva

A fim de reduzir as emissões de gases de efeito estufa e a dependência de combustíveis fósseis, a

energia solar está sendo cada vez mais utilizada. No entanto, uma desvantagem que limita a

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

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competitividade desta fonte de energia é a baixa eficiência de conversão dos painéis fotovoltaicos.

Essa desvantagem pode ser minimizada com a utilização de seguidores solares, que proporcionam um

ganho de geração de energia ao manter os painéis fotovoltaicos perpendiculares à irradiância direta na

maior parte do tempo.

Além disso, sistemas com seguidores solares utilizam menor área para produzir a mesma

quantidade de energia que sistemas fotovoltaicos com painéis fixos. Porém os custos de equipamentos

e de manutenção também aumentam.

Os seguidores solares são normalmente classificados na literatura de acordo com seu grau de

liberdade e sua tecnologia de rastreamento. Quanto ao seu grau de liberdade, podem ser de um eixo e

de dois eixos. Os seguidores solares de um eixo possuem somente um eixo de rotação, normalmente

fazem o rastreamento do sol de leste a oeste. Os seguidores solares de dois eixos possuem dois eixos

de rotação e conseguem fazer o rastreamento do sol tanto de leste a oeste quanto de norte a sul. No

Brasil, os mais utilizados são os de eixo único horizontal, por serem os mais viáveis economicamente.

O rastreamento da posição do sol resulta em um ganho de produção de energia de 25% quando

são utilizados seguidores solares de um eixo, e de 35% quando são utilizados seguidores solares de

dois eixos, dependendo da configuração do sistema e da localidade de instalação.

Conforme a tecnologia de rastreamento adotada, os seguidores solares podem ser denominados

de passivos e ativos. Os seguidores solares passivos são projetados para rastrear o sol sem a utilização

de dispositivos eletrônicos, usufruindo principalmente do efeito térmico.

Seguidores solares ativos utilizam motores elétricos ou mecanismos de engrenagem para a

realização do rastreamento solar. Esses dispositivos, ao contrário dos seguidores solares passivos,

consomem energia para garantir o seu funcionamento, porém proporcionam um ganho maior de

produção de energia. Sua utilização não é recomendada em sistemas de menor escala, devido às perdas

do sistema responsável pelo movimento do eixo dos painéis fotovoltaicos, que, nesse caso, são

significativas. Estima-se que o consumo de energia de um sistema de rastreamento de seguidores

solares ativos é equivalente a 2-3% do aumento de energia.

Para detectar a posição do sol, os seguidores solares ativos podem dispor de microprocessadores

e sensores ópticos, algoritmos baseados em data e hora, ou uma combinação de ambos.

A estratégia de rastreamento baseada em data e hora é a mais utilizada em usinas. Essa estratégia

dispõe de um computador ou processador que calculam a posição do sol por meio de algoritmos que

utilizam data, hora e informações geográficas da instalação como dados de entrada.

Existem vários algoritmos de cálculo da posição do sol disponíveis na literatura e eles variam,

principalmente, em precisão, complexidade e tempo de validade. O que dita a necessidade de

algoritmos com maior ou menor precisão, é a aplicação. Sistemas Fotovoltaicos de Concentração

necessitam de algoritmos com precisão da ordem de 0.01º, enquanto instrumentos de medição, como

pireliômetros, necessitam de algoritmos de precisão maior ainda.

Os sistemas de geração fotovoltaica toleram erros de alguns graus sem perda significativa de

geração de energia, porém é importante avaliar o quanto a precisão do algoritmo influencia nas perdas.

Para tal fim, nesta pesquisa, foi realizada uma análise estatística de seis algoritmos. Também foram

realizadas simulações de estimativa de geração de energia com a utilização desses seis algoritmos no

rastreamento do sol. Um deles é o Solar Position Algorithm (SPA), o algoritmo mais conhecido na

literatura por possuir melhor precisão. Os demais algoritmos são os cinco propostos por Grena. Artigos publicados em congressos

MELO, K. B.; PAULA, B. H. K.; SILVA, M. K.; NARVAEZ, D. I.; MOREIRA, H. S.; SIQUEIRA, T.

G.; VILLALVA, M. G. A Study on the Influence of Locality in the Viability of Solar Tracker

Systems. In: XXII Congresso Brasileiro de Automática (CBA), 2018, João Pessoa - PB.

MELO, K. B.; REIS, M. V. G.; SILVA, M. K.; VILLALVA, M. G.; SOUZA, R. C. R. Comparative

Study of Methods to Evaluate Three Phase Induction Motors Loading. In: 13th IEEE International

Conference on Industry Applications (INDUSCON), 2018, São Paulo - SP.

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

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Artigo aceito em congresso

MELO, K. B.; TAVARES, L. R.; SILVA, M. K.; VILLALVA, M. G. Accuracy Analysis of Sun

Position Calculation Algorithms: Ineichen and SPA. In: IEEE PES Innovative Smart Grid

Technologies Latin America (ISGT) 2019, Gramado - RS.

MELO, K. B.; MOREIRA, H. M.; MOREIRA, A. V. S.; VILLALVA, M. G. Influence of

Backtracking at Solar-Tracking Photovoltaic Power Plants for Generation and Protection. In:

11th International Conference on Applied Energy (ICAE) 2019, Västerås, Sweden.

Otimizador de Potência para sistemas fotovoltaicos conectados à rede

Mestrando: João Lucas de Souza Silva

Orientador: Prof. Marcelo Gradella Villalva

Durante o processo de geração de energia elétrica a partir de um sistema fotovoltaico é comum

existir perdas devido a condições não-uniformes como sombreamento, sujeira, temperatura, entre

outros. Neste ensejo, novas topologias e dispositivos são estudados e projetados para compensar e/ou

reduzir as perdas. Um desses dispositivos é o Otimizador de Potência para Sistemas Fotovoltaicos

(POPS) que têm sido uma opção por trabalhar buscando sempre a máxima eficiência do módulo

fotovoltaico individualmente. Sua função é feita com base em um conversor CC/CC e um sistema de

controle com rastreamento do ponto de máxima potência (MPPT) alocado a cada módulo fotovoltaico

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

fotovoltaicos, o trabalho realiza um estudo sobre POPS e analisa o desempenho de sua aplicação. Para

tanto, serão realizadas simulações da aplicação de modelos de POPS disponíveis no mercado em

sistemas fotovoltaicos sob condições diversas e em diferentes locais, em seguida, o projeto e

desenvolvimento de um POPS com algoritmo para sombreamento parcial, já que os dispositivos atuais

têm como um dos desafios atuar em situações de sombreamento parcial. Deste modo, os resultados

parciais do projeto em simulações no software PV*SOL mostraram um bom desempenho em sistemas

com POPS comparado a arquitetura fotovoltaica convencional; já quanto ao desenvolvimento do

POPS, o conversor CC/CC projetado, apresentou uma maior extração de potência dos módulos

fotovoltaicos em comparação ao sistema convencional simulados em PSIM, remanescendo a

montagem e testes de um protótipo experimental. Destarte, espera-se preencher uma lacuna existente

na literatura, descrevendo o funcionamento, características e aplicações de POPS.

A Figura 1 apresenta um exemplo da limitação existente quando ocorre um sombreamento em

um módulo fotovoltaico (FV) em um sistema convencional e a diferença em comparação com um

sistema com POPS. Na Figura 1-A existe um sistema em condições uniformes trabalhando na máxima

potência para o conjunto de módulos FV, com SMPPT (Single MPPT - MPPT Único), que é o modo

de funcionamento de um inversor convencional. Na Figura 1-B, a corrente dos demais módulos é

reduzida para o valor da menor corrente, reduzindo a máxima potência. Já na Figura 1-C, com um

sistema de DMPPT (MPPT distribuído), como é o caso de um sistema com POPS ou microinversor, o

módulo FV com menor corrente não impacta sobre os outros dois, permitindo produzir uma maior

potência. É válido destacar que outros fatores podem reduzir a corrente de um módulo FV como

mismatch, sujeira, degradação, e entre outros, sendo melhorado com uso de POPS.

Como POPS é uma tecnologia recente, a literatura ainda não apresenta trabalhos abrangentes,

mas percebe-se que o tema vem ganhando cada vez mais atenção e espaço devido seu potencial,

principalmente, em situações de condições não-uniformes em sistemas FV.

Artigos Publicados:

SILVA, J. L. S.; MOREIRA, H. S. ; MESQUITA, D. B. ; VILLALVA, M. G. Analysis of Power

Optimizers in Photovoltaic Power Plant. In: 2018 13th IEEE International Conference on Industry

Applications (INDUSCON), 2018, São Paulo - SP. INDUSCON, 2018.

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

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Artigos Aceitos:

SILVA, J. L. S.; MOREIRA, H. S. ; MESQUITA, D. B. ; REIS, M. V. G.;VILLALVA, M. G. Study of

Power Optimizers for grid-connected photovoltaic systems in IEEE transactions Latin-America.

SILVA, J. L. S.; MOREIRA, H. S. ; MESQUITA, D. B. ; CAVALCANTE, M. M.; VILLALVA, M. G.

Modular Architecture with Power Optimizers for Photovoltaic Systems. In: 2019, Smart Energy

Systems and Technologies, 2019, Porto - PT, 2019.

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

Fotovoltaicos

Projeto de Mestrado de Hugo Soeiro Moreira

Orientador: Prof. Marcelo Gradella Villalva

A geração energética de um arranjo fotovoltaico varia com o passar do dia. A sua geração é

dependente da irradiância incidente sobre os módulos fotovoltaicos e da temperatura na qual está o

arranjo. Apesar das curvas I-V e P-V variarem com as mudanças nos níveis de irradiância e

temperatura, a curva I-V permanece no mesmo formato e a curva P-V continua apresentando apenas

um pico. Entretanto, em alguns momentos o arranjo fotovoltaico pode estar parcialmente sombreado,

fazendo com que receba mais de um nível de irradiância ou apresente temperaturas diferentes em seus

módulos. Esse sombreamento pode ser causado por diferentes razões: passagem de nuvens,

construções próximas, galhos ou objetos trazidos pelo vento, sujeira deixada por animais, e por outros

módulos. É comum em usinas fotovoltaicas montadas com fileiras de módulos, chamadas de sheds,

que, ao amanhecer e ao anoitecer, uma fileira cause um sombreamento parcial à outra.

Quando um módulo ou arranjo fotovoltaico é parcialmente sombreado, pontos quentes

(hotspot’s) podem ser gerados. Esses pontos quentes são prejudiciais para as células, podendo

danificá-las, por isso, são instalados diodos de bypass em paralelo a certa quantidade de células,

fazendo com que a corrente elétrica tenha um caminho alternativo em caso de sombreamento parcial.

Esse caminho alternativo faz com que um arranjo sob condições de sombreamento parcial (partially

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

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shading conditions - PSC) apresentem uma curva I-V com múltiplos joelhos e uma curva P-V com

múltiplos picos.

Dentre esses múltiplos picos presentes na curva P-V, apenas um é o máximo global. As

técnicas tradicionais utilizadas de rastreamento do ponto de máxima potência (maximum power point

tracking - MPPT) não conseguem diferenciar máximos locais de máximos globais.

Figura 1: String fotovoltaica parcialmente sombreada e suas curvas I-V e P-V

Para fazer o estudo de sistemas e conversores fotovoltaicos, é necessária uma modelagem que

consiga apresentar o comportamento de uma célula, módulo ou arranjo fotovoltaico próxima da

realidade. Existem na literatura muitos modelos matemáticos com diferentes níveis de complexidade,

precisão e velocidade de processamento. Entretanto, essas modelagens consideram que o arranjo está

sob condições uniformes de irradiância e temperatura. Trabalhos presentes na literatura investigam o

efeito do sombreamento parcial na modelagem.

Caso um sistema fotovoltaico fique trabalhando em um máximo local, a perda de potência

gerada pode ser grande, acima de 90 %. Por isso, muitos trabalhos na literatura estudam técnicas de

MPPT para sistemas sob PSC.

A pesquisa tem como objetivo o estudo de uma modelagem fotovoltaica que represente um

arranjo fotovoltaico com módulos ligados em série e paralelo sob quaisquer condições climáticas, tanto

uniformes quanto de sombreamento parcial. Outro objetivo é o estudo de técnicas de MPPT tolerantes

a sombras, ou seja, que encontrem o ponto de máxima potência global. Após o estudo, essas técnicas

são testadas sob diferentes padrões de sombreamento. Esses testes são feitos em simulação pelo

software PSIM® e em uma bancada experimental no Laboratório de Eletrônica de Potência – LEPO.

Resultados

Para chegar à modelagem fotovoltaica desenvolvida no projeto, foram estudados os três

principais circuitos elétricos que representam uma célula fotovoltaica. A modelagem que utiliza uma

combinação do método de Patel e Agarwal com o modelo de Villalva apresentou os melhores valores

de proximidade em comparação com dados de curvas reais.

Com a compreensão de como se comporta um sistema fotovoltaico sob PSC, diferentes

métodos de MPPT foram testados via simulação e foram implementados em uma bancada

experimental de um inversor monofásico de dois estágios. Os métodos de MPPT para PSC testados

foram: Número de diodos de bypass; Linhas de carga; Sequência de Fibonacci; PSO; Algoritmo dos

vagalumes; e Colônia de abelhas. Os parâmetros analisados foram: Potência gerada; Eficiência;

Energia perdida durante a busca; Tempo de busca. O método de rastreamento pela sequência de

Fibonacci que utiliza razões entre passos de busca pelo máximo global de acordo com os valores da

sequência de Fibonacci.

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

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Figura 2: Comparação da modelagem fotovoltaica com um sistema real sob PSC

Os seguintes artigos foram publicados:

XXII Congresso Brasileiro de Automática – CBA – 2018: Comparação entre Métodos de

Rastreamento do Ponto de Máxima Potência para Sistemas Fotovoltaicos sob Condições de

Sombreamento Parcial

XIII International Conference on Industry Applications – INDUSCON – 2018: Experimental

Analysis of Photovoltaic Modeling for Partially Shading Conditions

Os seguintes artigos foram aceitos para publicação:

XI International Conference on Applied Energy – ICAE – 2019: Influence of Backtracking at

Solar-Tracking Photovoltaic Power Plants for Generation and Protection

II International Conference on Smart Energy Systems and Technologies – SEST – 2019:

Comparison of Artificial Intelligence

Estudo e desenvolvimento de técnicas de detecção de ilhamento para sistemas de geração

distribuída com elevada concentração de inversores

Doutorando: Marcos Vinicios Gomes dos Reis

Orientador: Prof. Marcelo Gradella Villalva

Inversores fotovoltaicos extraem a máxima potência dos painéis PV e fornecem essa potência

gerada para as cargas locais [1]. Esse processo de extração e fornecimento de potência deve ocorrer

apenas quando a rede elétrica da concessionária estiver em operação normal [2]. Caso contrário, o

inversor deve imediatamente interromper esse processo, impedindo que se forme uma ilha energizada

sem controle direto da concessionária. Os principais malefícios da formação de uma ilha energizada

são: riscos à vida para os funcionários que fazem a manutenção da rede elétrica e falta de garantia que

as residências isoladas com os inversores fotovoltaicos estejam recebendo energia de qualidade [2].

A Figura 1 mostra o ilhamento de 1 inversor fotovoltaicos na perda da rede elétrica da

concessionária, o nível de tensão se manteve inalterado e a frequência de operação ficou em torno de

60 Hz. Nesse experimento em bancada, mostrou que as cargas isoladas se mantiveram energizadas

apenas com o inversor fotovoltaico, situação indesejada. Para evitar que esses problemas citados

ocorram na transição da operação normal da rede elétrica para a sua ausência, várias técnicas de

detecção dessa transição foram desenvolvidas: chamadas de métodos de detecção de ilhamento [1-2].

Os métodos de detecção de ilhamento são normalmente embutidos na eletrônica do inversor

fotovoltaico e utilizam algum parâmetro da rede elétrica para identificar possíveis falhas [1-2]. Os

métodos existentes são suficientes para desconectar o inversor fotovoltaico na maioria das situações de

falha. Porém, quando se tem o aumento de inversores na rede elétrica, conhecido por alta penetração

de inversores, interações podem ocorrer de forma que o método de detecção de ilhamento falhe ou

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

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cause falsas detecções [1-2]. Por isso, o objetivo principal dessa pesquisa de Doutorado consiste em

buscar alternativas para aumentar a robustez dos inversores fotovoltaicos quando se tem múltiplos

inversores conectados no mesmo ponto de conexão.

Para alcançar tal objetivo, foi desenvolvida uma plataforma experimental de testes com quatro

inversores em paralelo, apresentada na Figura 2. Nela estão sendo avaliados métodos de detecção

propostos na literatura para identificar possíveis melhorias e desenvolver um método de detecção que

consiga detectar situações de falhas quando se tem alta penetração de inversores.

Figura 1 – Ilhamento do inversor fotovoltaico, quando a rede elétrica da concessionária se desconectou por

uma possível falha.

Figura 2 – Plataforma experimental desenvolvida para testes de métodos de detecção de ilhamento.

Artigos publicados em congressos

Moreira, H. S.; Reis, M. V. G. ; Melo, K. B. ; Silva, M. K. ; Villalva, M. G. ; Siqueira, T. G.

“Comparação entre Métodos de Rastreamento do Ponto de Máxima Potência para Sistemas

Fotovoltaicos sob Condições de Sombreamento Parcial”. In: Congresso Brasileiro de Automática, 2018,

João Pessoa.

Reis, M. V. G.; Narvaez, D. I. ; Barros, T. A. S.; Moreira, H.S; Mesquita, D. B. ; Villalva, M. G.

Review of Anti-islanding Methods for Photovoltaic Grid-tied Inverter. In: Congresso Brasileiro de

Automática, 2018, João Pessoa.

Melo, K. B. De ; Reis, M. V. G. Dos ; Silva, M. K. Da ; Villalva, Marcelo G. ; Souza, R. C. R.

Comparative Study of Methods to Evaluate Three Phase Induction Motors Loading. In: 2018 13th IEEE

International Conference on Industry Applications (INDUSCON), 2018, São Paulo.

Narvaez, D. I.; Reis, M. V. G. Dos ; Villalva, Marcelo G. Bottom-up Design Methodology for a Hybrid

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

22

AC/DC Microgrid with Energy Storage and Photovoltaic Generating Units. In: 2018 13th IEEE

International Conference on Industry Applications (INDUSCON), 2018, São Paulo.

Campos, R.L E.; Sako, E. Y.; Reis, M. V. G. Dos ; villalva, m. G. . A Review of the Main Methods to

trace the I-V Characteristic Curve of PV Sources. In: 2018 13th IEEE International Conference on

Industry Applications (INDUSCON), 2018, São Paulo.

Maltione, Ricardo ; Marcos Dos Reis, V. G. ; Narvaez, Dante I. ; Villalva, Marcelo G. ; Kretly, Luiz C.

Small Size Inverters: Development Challenges for PV, Renewable Energy Applications, as Well IoT,

EMC, Lightning and Robustness Tradeoffs. In: 2018 13th IEEE International Conference on Industry

Applications (INDUSCON), 2018, São Paulo.

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

híbrida CA-CC com armazenamento de energia e geração solar fotovoltaica

Doutorando: Dante Inga Narváez

Orientador: Prof. Marcelo Gradella Villalva

O diagrama de blocos da microrrede híbrida CC-CA a ser analisada é mostrado na Figura. A

microrrede CA é formada por cargas em CA, um conversor de bateria CC/CA de dois estágios e um

conversor CC/CA de estágio único que se comporta como uma interface com o outro subsistema (atua

como um transformador estático entre as microrredes CC e CA). Por outro lado, a microrrede CC é

composta por cargas em CC, um conversor CC/CC de estágio único, um conversor CC/CC de um

estágio para arranjo solar fotovoltaico e o conversor de interface. A conexão e desconexão da

microrrede híbrida CC-CA ao sistema de distribuição de energia é gerenciada por um controlador

supervisório.

Vg

Sg

Bat

CCCA

Bat

CCCA

CC

CC

CC

CC

FV

Rede de

distribuição

Microrrede CA

Microrrede CC

Carga

CA

Carga

CC

Microrrede

híbrida CA/CC

Microrrede híbrida CA-CC com conexão à rede de distribuição.

É mostrado que é possível projetar uma microrrede híbrida CC-CA usando uma metodologia de

projeto simples. Para provar isso, a topologia genérica dos conversores e o esquema do subsistema de

controle são selecionados. Em seguida, é projetado e simulado um sistema simples de carregamento

com conversor de bateria, e mais elementos são adicionados ao sistema até que a microrrede híbrida

CC-CA proposta é alcançada. Os resultados de simulação mostram que modelos de conversores e

controladores bem conhecidos na literatura podem ser usados para a microrrede híbrida CC-CA, em

que cinco modos operacionais da microrrede estudada foram reconhecidos..

Artigos publicados (com referência ao projeto temático)

D. I. Narváez, M. V. G. Reis, T. A. S. Barros, E. Ruppert, M. G. Villalva, “Performance

Comparison of DC and AC Controllers for a Two-Stage Power Converter in Energy Storage

Application”, Electric Power Systems Research Journal, Elsevier 2018.

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

23

D. I. Narváez, M. V. G. Reis, M. G. Villalva, “Bottom-up Design Methodology for a Hybrid

AC/DC Microgrid with Energy Storage and Photovoltaic Generating Units”, INDUSCON 2018,

Brazil.

Artigos aceitos (com referência ao projeto temático)

T. P. Oliveira, D. I. Narváez, M. G. Villalva, “Comparison of Irradiance Decomposition and

Energy Production Methods in a Solar Photovoltaic System”, ICRERA 2019, France.

D. I. Narváez, T. S. Costa, H. S. Moreira, M. G. Villalva, “Design, sizing and simulation of a

hybrid AC-DC microgrid for improving energy efficiency in residential applications”, ICAE 2019,

Sweden.

Estudo da estabilidade de inversores em Microrredes de Energia

Doutorando Joel Filipe Guerreiro

Orientador: Prof. Dr. José Antenor Pomilio

Seguindo as pesquisas apresentadas no artigo "An Approach to the Design of Stable Distributed

Energy Resources" (COMPEL 2018), está sendo desenvolvido um protótipo de Utility Interface (ou

fonte de energia para interface com a concessionária) para viabilizar estudos de estabilidade em

microrredes de energia na operação conectada/ilhada, vide protótipo na figura a seguir.

Protótipo de Utility Infertace

Até o presente momento foi possível estabelecer a estabilidade aplicando uma técnica de

controle da impedância de saída da Utility Interface. Um protótipo de Filtro Ativo de Potência está

sendo desenvolvido para estudos de estabilidade em microrredes na presença de múltiplos conversores.

A simulação de múltiplos conversores eletrônicos de potência é demorada e complexa. Deste

modo, foi desenvolvida uma técnica de simplificação da Utility Inteface visando acelerar a simulação e

análise. Detalhes do trabalho serão apresentados em artigo submetido para a 15th Brazilian Power

Electronics Conference (COBEP/SPEC):

J. F. Guerreiro, H. Guillardi Jr., J. I. Y. Ota and J. A. Pomílio, “An Enhanced Thevenin Equivalent

Circuit of a Resonant-Controller-Based Utility-Interface.” COBEP/SPEC 2019.

Influência das tensões nas estimativas de frequência de um SRF-PLL e sua influência em

estabilidade de fontes de corrente operando em droop

Doutorando Eliabe Duarte Queirós

Orientador Prof. Dr. José Antenor Pomilio

Os conversores eletrônicos de potência DC/AC conectados na rede usualmente operam injetando

a potência disponível na rede. Entretanto sob situações particulares como em redes isoladas os

conversores passam a operar em modo de droop ativo e ou ativo/reativo. Nessas situações a potência

de saída é uma fração da potência do conversor. O padrão IEEE 1547-2018 sugere que essa

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

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funcionalidade seja estendida para os conversores conectados ao grid principal, como capacidade de

operação durante situações de sub-frequência e sobre-frequência.

Entretanto não existem muitos artigos envolvendo a estabilidade desses conversores operando na

função de droop. Ademais, um componente chave do controle do conversor, o algoritmo de

rastreamento de fase (PLL) teve os seus efeitos sobre o controle considerado apenas a partir de 2013,

no trabalho “Influence of phase-locked loop on input admittance of three-phase voltage-source

converters” de B. Wen. O PLL é responsável por criar um sistema de coordenadas de referência (SRF)

onde o controle é realizado. Como ele determina o ângulo do sistema de coordenadas observando as

tensões no ponto de acoplamento, então ele apresenta uma sensibilidade a variações que se

apresentarem nas tensões. Dessa forma, tanto o ângulo utilizado para gerar o sistema de coordenadas,

quanto a estimativa de frequência utilizada em fontes operando em modo de droop apresentam

interferências vindas da tensão. O esquemático de um SRF-PLL pode ser visto na Figura 1.

Portanto, os trabalhos realizados até agora tem a finalidade de modelar e verificar as influências

das tensões sobre a frequência estimada e analisar a influência da fase e frequência sobre a estabilidade

de conversores operando em droop. Assim como explorar duas possibilidades de estimativas de

frequência pelo PLL, que podem ser vistas na Figura 1. A estimativa é obtida pela variável integrada

para obter a estimativa de ângulo ( ) utilizada na transformação de Park, que contêm as partes

proporcionais e integrativas do SRF-PLL. A estimativa é obtida utilizando-se apenas a parte

integrativa do SRF-PLL.

Na Figura 2 é possível observar a resposta de uma conversor fonte de corrente (CFC), com a

estimativa submetido a variações de tensão e frequência. Nos instantes 1, 1.1 e 1.2 s (I, II e III na

Figura 2) são realizados degraus de 3 V, 3V, e -0.314 rad/s respectivamente nas tensões de eixo direto,

em quadratura e na frequência. No instante 1.1 s, ocorre uma diminuição considerável na corrente.

Esse decréscimo na corrente retrata a influência de uma mudança de tensão sobre a estimativa de

frequência e, portanto, sobre a referência de potência ativa, e corrente te eixo direto do conversor.

Nesses momentos a fonte funciona de maneira estável.

Nessa simulação a partir de 1.75 s a estimativa de velocidade é mudada da estimativa para a

estimativa . Devido a essa mudança surge uma oscilação crescente que caracteriza a instabilidade do

conversor que pode ser vista na Figura 3. Fica claro, portanto, a relação entre a estabilidade do

conversor e a estimativa de frequência de frequência obtida pelo PLL.

Esses estudos geraram os seguintes artigos:

Queiroz, Eliabe D. and Pomilio, José Antenor, Voltage influences over SRFPLL frequency estimation,

Submetido para a 5th Southern Power Electronics Conference.

Queiroz, Eliabe D. and Pomilio, José Antenor, SRF-PLL Influence on the stability of a current source

converter in droop mode, Submetido para a 5th Southern Power Electronics Conference.

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

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Desenvolvimento de Inversor Fotovoltaico

Atividade do doutorando Joel Felipe Guerreiro

Na figura a seguir tem-se a segunda versão do projeto do inversor PV de 500 W para redes

220V/60Hz. Esta nova versão do projeto conta com melhorias de hardware realizadas a partir de

comportamentos observados nos estágios de debug da versão 1, assim como novas melhorias

operacionais obtidas com a inserção do filtro de EMI e DSP integrado.

O sistema de controle está em desenvolvimento e será dotado de funções avançadas, como anti-

ilhamento, MPPT, modulação de potência ativa e reativa, de acordo com a portaria RTAC002145 do

INMETRO. Este inversor será usado para fazer estudos de qualidade da energia e estabilidade em um

cenário de ampla penetração de fotovoltaico em microrredes de energia.

Layout do PCB da Versão 2 do projeto.

Desenvolvimentos relacionados ao Estudo da estabilidade sistêmica de rede elétrica com

múltiplas fontes e cargas controladas

Post-Doc Dr. João I. Y. Ota

O estudo de múltiplos conversores conectados a uma rede elétrica torna-se um tema de interesse

quando a expansão das fontes renováveis de energia, fotovoltaica e eólica em sua maior parte, permite

que um patamar considerável na parcela de energia produzida em uma rede elétrica seja composta de

fontes intermitentes. Recentes relatos vêm mostrando que instabilidades não previstas de tensão e

corrente em redes elétricas nos quais existe uma presença grande de fontes renováveis de energia. Uma

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

26

justificativa de tais fenômenos passa pela interação que ocorre entre equipamentos de geração e de

cargas não-lineares, que consistem de Conversores Eletrônicos de Potência (CEPs) como interface à

rede elétrica, com outros elementos passivos da rede elétrica. Dentro desse aspecto, a estrutura do

Painel LabREI permitirá a verificação experimental de diversas situações e condições, as quais não são

detectadas em testes voltados para a operação individual de um equipamento. A análise da estabilidade de uma rede elétrica com a presença de múltiplos CEPs conectados

envolve o estudo da relação entre a impedância de entrada da rede elétrica e a impedância de saída do

CEP. Critérios de estabilidade que envolvem a relação de impedâncias têm sido utilizados por muitos

anos para projetos de conversores CC-CC, porém a conexão de CEPs com uma rede elétrica CA exige

novas observações. Estudos feitos dentro do contexto nesse Pós-Doutoramento (PD) são relacionados

com (a) o ponto de operação de potência do CEP, (b) efeitos oriundos de métodos de sincronização dos

CEPs com a rede elétrica, (c) efeitos oriundos de estratégia de controle internos do CEP e (d) efeitos

oriundos de ressonância entre cabos e a impedância de saída dos CEPs. (a) Em geral, cargas não-lineares interfaceadas por CEPs caracterizam-se como cargas de potência

constante (CPCs). CPCs na rede elétrica possuem um comportamento de “resistência

negativa” quando, por exemplo, uma redução na tensão de alimentação leva a um aumento de

corrente consumida em um certo ponto de operação de potência. Impedâncias de entrada da

rede podem assim sofrer mudanças quando diversos CEPs atuam em diferentes ponto de

operação de potência e a tensão da rede altera-se inadvertidamente, por exemplo. Parte dos

estudos do PD procura esclarecer e caracterizar a ocorrência de tais fenômenos em redes

elétricas com múltiplos CEPs atuando como CPCs. (b) Os métodos de sincronização do CEP com a rede elétrica utilizam-se da tensão da rede para

estabelecer propriedades do controle interno, além de definir as referências de potência ativa e

reativa. CEPs trifásicos usam de sistemas Phase-Lock Loop (PLL) para o sincronismo com a

rede elétrica. Nesse contexto, estudos recentes feitos pelo doutorando Eliabe Duarte Queiroz

(participante do projeto temático) mostram que a dinâmica do PLL afeta sensivelmente a

estabilidade de um CEP. Embora diversos artigos na literatura propõem PLLs aprimorados para

respostas rápidas, o qual é um objetivo sensato considerando individualmente o CEP, estudos

mostram que essa escolha pode levar sistemas inicialmente estáveis a se tornarem instáveis em

ocorrências de pequenas faltas, tais como afundamentos e oscilações de tensão. Estudos

detalhados estão sendo feitos com o objetivo de esclarecer o efeito que o projeto do PLL pode

ter na estabilidade de múltiplos CEPs em redes elétricas. (c) Controladores internos do CEP, tais como malhas de controle de corrente e de controle de

tensão do elo CC, exercem influência na impedância de saída. Dentro desse contexto, diversos

artigos propõem estratégias de controle que envolvem a síntese “virtual” de impedância de

saída, com objetivos específicos envolvendo estabilização de CEPs em redes que apresentarem

instabilidades devido aos motivos listados em (a). Porém, o ajuste de impedâncias “virtuais” é

feito em torno de um ponto de operação de potência específico, de forma que instabilidades

possam ocorrer quando o CEP está operando em outro ponto de operação diferente do projeto

inicial do controlador. Torna-se, assim, necessário que o CEP tenha capacidade adaptativa

quanto a eventuais mudanças da rede e cargas. Nesse contexto, estudos feitos pelo doutorando

Joel Felipe Guerreiro (participante do projeto temático) procuram estabelecer estratégias e

critérios para o projeto desses controladores. (d) Um dos diversos elementos que podem originar instabilidades com os CEPs são os próprios

cabos de distribuição da rede elétrica. É bem estabelecido que cabos de redes de distribuição e

transmissão de energia apresentam efeitos adversos na tensão quando seu comprimento atinge

grandes distâncias, de centenas a poucos milhares de quilômetros. Existe, porém, o fato que

técnicas de modulação com frequências de chaveamento que podem chegar a dezenas de kHz

são utilizadas em CEPs para a síntese de tensões e correntes CA. Estudos feitos em sistemas

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

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que envolvem o acionamento de motores CA utilizando cabos de longo comprimento (menos

de 10 quilômetros) mostram que o efeito da ressonância oriunda da característica capacitiva e

indutiva dos cabos pode ser significativa caso a frequência de chaveamento do CEP aproxime-

se da frequência de ressonância da seção de cabo que conecta o inversor e o motor. Além disso,

evidências apontam falhas e mau funcionamento de equipamentos conectados em redes onde

há a presença de CEPs realizando a interface de fontes de energia renovável. Tais redes

mostram uma presença de tensão e corrente na faixa de 3-150 kHz, muitas vezes amplificadas,

o que corrobora a tese que essas componentes exercem influência em redes de energia com

múltiplos conversores. Estudos imediatos do PD estão sendo feitos para evidenciar esses

efeitos e caracterizá-los dentro do contexto do Painel LabREI.

Inversor multinível em sistemas com sombreamento Doutorando Tiago Henrique de Abreu Mateus

Orientador Prof. Dr. José Antenor Pomilio, coorientador Prof. Dr. João Onofre Pinto (UFMS)

Com o objetivo de reduzir os efeitos de sombreamento parcial (PS - partial shading) em sistemas

fotovoltaicos com conexão à rede elétrica, é proposto o uso de um conversor multinível ponte-H em

cascata (CHB-ML – cascaded h-bridge multilevel inverter) que utiliza um controle droop robusto

(Figura 1). O uso do CHB-ML permite individualizar o rastreamento do máximo ponto de potência de

cada conjunto que compõe os níveis de inversão. A modulação por deslocamento de fase (PS-SPWM –

phase shifted senoidal pulse width modulation) é utilizada pela facilidade na distribuição de potência

dos conjuntos fotovoltaicos. O controle droop robusto além de dispensar o uso de algoritmos

convencionais de sincronismo, simplifica a atuação no índice de modulação e reduz o número de

controladores a serem sintonizados.

Nas simulações computacionais e experimentais é utilizado um CHB-ML de sete níveis (Figura

2). Este conversor de sete níveis necessita de três fontes de tensão isoladas entre si. A análise do

conversor se dá em uma rede elétrica com uma tensão eficaz de 120 VCA. Os painéis fotovoltaicos

(PV – photovoltaic) foram divididos em três arranjos, sendo que cada arranjo contém três módulos

PVs em série. O modelo utilizado para as simulações e no experimento dos nove PVs é o do fabricante

Sun Earth

, modelo TPB156x156-60-P 235W.

Após as confecções das placas de controle e de potência, foi realizada a integração entre o

sistema de controle e o de potência. O CHB-ML é composto por dois módulos inversores SPCIM 350-

40-100 e um modelo SPCIQ 450-60-50 da Supplier. O sistema de controle foi desenvolvido utilizando

o controlador dSPACE, que permite uma interface em tempo real. Para geração do PS-PWM foi

utilizado um microcontrolador DSP TMS320F2808. Os sensores de tensão e corrente utilizados são os

sensores da LEM, LV-20P e HAS 50-S respectivamente. A Figura 3 apresenta o protótipo

experimental do conversor multinível e sistema de controle. Na Figura 4 apresenta os conjuntos PVs

utilizados nos resultados experimentais.

CHB-ML

MPPTBalanço de

Potência

Rede elétricaPVs

Controle

SPWM-PS

Sincronismo e Conexão com a Rede

Figura 1. Diagrama de blocos do sistema proposto.

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

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CC CA

A1

A2

B1

B2

CC

CA=

CC

CA

CC

CA

CC

CA

L RiPV1

iPV2

iPV3

vPV1

vPV2

vPV3

Van

vo vr

ir

C

𝑝𝑛 MPPT

vPVNiPVN

+- PI

0 z

Si

𝑝2

...

PS -

SPWM

Índices de

Modulação

×

×

×

e

...

... ...

𝑚 𝑛

𝑚 2

𝑚 1

𝑒 2

𝑒 𝑛

(a)

(b)

MPPTvPV1iPV1

+- PI

𝑝1

z

Si

MPPTvPV2iPV2

+- PI

0 z

Si

1/(Ls+R)+-

Cálcu

lo P

+- m

+- 1/s seno

PI

vo

vriv

Pset

ω θ

e

0

×

Sip

P

RMS

+-

Vset

PIvo

PsetPID

0

z

p

p

p

(i) (ii)

Figura 2. (i) Topologia modular do CHB-ML de 7 níveis para conexão do sistema PV com à rede elétrica; (ii) Modelo de

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

Condicionamento

Sensoriamento

CHB-ML 7 níveis

dSPACE

DSP

Fontes auxiliares

PVs

Figura 3. Protótipo experimental do inversor sete níveis ponte-H em cascata.

Figura 4. Painéis fotovoltaicos Sun Earth

PV-Module 235 Wp.

Para demonstrar o funcionamento do sistema é apresentado um cenário de sombreamento

parcial. É utilizada a simulação de um sombreamento parcial sobre um conjunto PV a partir da

diminuição de aproximadamente 1000 para 500 W/m2 da irradiância de um dos conjuntos PV. A

Figura 5(a) apresenta a variação de potência ativa entregue à rede elétrica. Em regime permanente o

sistema fotovoltaico fornece aproximadamente 1440 W sem o PS. Com o tempo em 10 segundos

ocorre o PS e após 26 segundos (t = 36s) o mesmo é removido. A potência ativa em situação de PS

estabiliza com aproximadamente 1280 W. Após a remoção do PS a potência ativa atinge o valor de

1420W, a diferença do valor anterior ao PS se dá devido as variações de irradiância causadas por

pequenas variações atmosféricas. A variação do valor eficaz da tensão de saída do conversor (Figura

5(b)) deve-se a variação de tensão do barramento CC do conjunto sombreado. O afundamento de

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

29

tensão na saída do conversor atingiu o valor mínimo em 113VRMS. Ressaltasse ainda que a

temperatura média dos conjuntos PVs era de aproximadamente 57C no momento das medições, o que

diminui consideravelmente o desempenho em relação ao valor nominal de cada PV.

(a) (b)

Figura 5. Cenário com sombreamento parcial de um conjunto PV de: (a) potência ativa; (b) tensão eficaz.

As formas de onda da tensão de saída do conversor e da corrente no ponto de conexão com a

rede elétrica com o efeito do PS são apresentadas na Figura 6(a). O espectro de frequência da forma de

onda da tensão é exibido na Figura 6(b), onde a TDH é de 4,6%.

(a) (b)

Figura 6. Sombreamento parcial em um conjunto PV: (a) Formas de onda da tensão na saída do conversor e corrente no

ponto de conexão com a rede elétrica; (b) Espectro de frequência da tensão de saída do conversor.

Estudo e implementação do controle e do gerenciamento energético de uma microrrede em

corrente contínua, com sistema de geração de energia elétrica a partir de energia eólica, usando

gerador elétrico de relutância variável.

Doutorando: Pedro José dos Santos Neto

Orientador: Prof. Dr. Ernesto Ruppert Filho; Coorientador: Prof. Dr. Tárcio André dos Santos Barros

Supervisor Internacional: Prof. Dr. Josep Guerrero

Este projeto de doutorado consiste no estudo do controle e gerenciamento de uma microrrede em

corrente contínua com a inserção de um sistema eólico de pequeno porte baseado no gerador de

relutância variável (GRV). As microrredes CC apresentam vantagens quando comparadas com as

redes CA convencionais, especialmente pela maior capacidade dessas estruturas de integrarem fontes

alternativas de energia, como solar e eólica, em um modelo de geração distribuída. Contudo, o controle

e gerenciamento dessas microrredes ainda são foco recente de pesquisas. Este projeto propõe o estudo

do GRV conectado a uma microrrede CC incorporando um sistema de armazenamento de energia,

cargas variáveis e a conexão com a rede CA convencional. O gerenciamento da microrrede e técnicas

de controle são analisados no intuito de garantir maior resiliência na operação considerando o GRV

como principal fonte de geração distribuída. Ambos os modos de operação, conectado à rede CA e

ilhado, são considerados neste projeto. A instituição na qual se realiza o programa de intercâmbio no

exterior é a Universidade de Aalborg, Dinamarca, cujo programa de pesquisas em microrredes no

departamento de energia da Universidade de Aalborg é reconhecido como um líder mundial na

temática, possuindo um laboratório de excelência para a viabilização dos estudos.

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

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BEPE Fapesp N. 2018/22076-2 Local: Aalborg University, Aalborg, Denmark

Datas: 01/02/2019 – 01/11/2019

Tema: Controle e Gerenciamento de Microrredes em Corrente Contínua

Eletrônica de Potência e Condicionamento de Energia Elétrica: Fontes fotovoltaicas e

acumuladores de energia

Prof. Dr. Flávio Alessandro Serrão Gonçalves e orientados

As atividades de pesquisa estão em aderência com o Tópico: Perspectivas de Pesquisa em

Eletrônica de Potência e Condicionamento de Energia Elétrica com foco em Fontes fotovoltaicas e

acumuladores de energia.

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

conversão de energia desejada, a primeira envolve o estudo de conversores CA-CC (inversores)

empregando redes de impedância e seus algoritmos e de controle, enquanto a segunda envolve o

estudo de conversores CC-CC bidirecionais de elevado ganho.

Na primeira vertente, a pesquisa engloba estudos de topologias modernas de conversores CC-CA

(inversores) empregando configurações diferentes de redes de impedância, baseadas no uso de

acoplamentos magnéticos, trazendo características vantajosas ao sistema do ponto de vista da operação

da estrutura (operação como elevação e possibilidade de condução conjunta dos interruptores),

incluindo os estudos e desenvolvimentos de algoritmos de controle para MPPT e conexão.

Especificamente as redes de impedância do tipo quase-fonte-Z, fonte-Y e quase-fonte-Y estão

sendo exploradas considerando conversores do tipo CC-CC e CC-CA com relação ao desenvolvimento

de modelos matemáticos, projeto dos elementos que compões a rede de impedância e estabelecimento

de metodologias de controle para regulação do barramento CC e de integração com a rede em

aplicações de microgeração conectadas a rede de baixa tensão. (no caso da operação CC-CA). Com

relação ao desenvolvimento dos modelos matemáticos, explorações vem apresentando avanços

envolvendo a contabilização de aspectos idealizados normalmente, perdas, tornando os modelos

válidos em regiões em que os modelos idealizados apresentam divergência, especialmente nas

condições de ganhos elevados com correntes de carga elevadas. Adicionalmente, as pesquisas em

linhas gerais demonstram que a obtenção de um ponto de operação desejado, envolvendo elevados

ganhos, pode ser realizada por diferentes arranjos de configurações da rede de impedância, seja pelos

valores absolutos dos indutores ou capacitores ou pelo arranjo das razões de acoplamento escolhidas

nas espiras, em conjunto dos sinais de razão cíclica de controle. Desta forma, as metodologias de

projeto para os elementos de impedância vêm sendo exploradas considerando estratégias de projeto

considerando multiobjectivos, visando atender a minimização dos esforços de tensão e corrente, e das

perdas para maximizar o rendimento e de forma concomitante garantir regulação e estabilidade.

Na segunda vertente, a evolução da pesquisa vem englobando estudos relacionados com a

modelagem e projeto de conversores CC-CC unidirecionais e bidirecionais envolvendo elevado ganho,

em concepções multiportas e paralelas, diferentes modos de operação, para integração de sistemas de

armazenamento de energia e sistemas de geração distribuídas empregadas em redes inteligentes de

energia, considerando os algoritmos de controle e gestão de energia. Especificamente, há a exploração

e modelagem matemática de um conversor para um sistema de carregamento de bateria de veículos

elétricos, apresentando características multifuncionais.

Publicações

William Hertz Ganzenmuller, Flávio A. S. Gonçalves. Revisão de Sistemas de Carregamento de

Veículos Elétricos. Congresso Brasileiro de Qualidade de Energia Elétrica (CBQEE 2019) (aceito)

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

31

Almeida, F. A. F. ; Gonçalves, F. A. S. ; Marafão, F. P. ; Liberado, E. V. . Compensação De

Energia Reativa Com Svc Em Rede De Baixa Tensão Com Gerador Distribuído Utilizando

Indicadores Da Teoria De Potência Conservativa - TPC. In: 13th IEEE/IAS International

Conference on Industry Applications, 2018, São Paulo-SP.

Orientações concluídas

1. Danilo Martins Caldas (Mestrado). Título do Projeto: Análise da IntegraçãodDe Usinas Eólicas

Através Dos Requisitos Técnicos dos Procedimentos de Rede do Ons. Orientador: Prof. F. A. S.

Gonçalves

2. Sophia Martins Braghetto Barillari (Iniciação Científica). Título do Projeto: Modelagem de

Inversores do tipo Fonte-Y para Sistemas de Microgeração. Agência de Fomento: CNPq.

Orientador: Prof. F. A. S. Gonçalves

3. Augusto Carvajal Quinaglia (Iniciação Científica). Estudo de viabilidade e análise de implantação de

“residências CC”. Agência de Fomento: FAPESP. Orientador: Flávio Alessandro Serrão Gonçalves.

4. Lucas Arná Matos dos Santos (trabalho de conclusão de curso). Desenvolvimento De Sistemas De

Controle Digitais Baseados Em FPGA Para Conversores CC-CA Empregando Rede De Impedância.

Orientador: Flávio Alessandro Serrão Gonçalves

5. Thaís Berretini Bosco (trabalho de conclusão de curso). Estudo Comparativo De Algoritmos De

Aprendizado De Máquinas Para Análise De Desagregação De Cargas Elétricas. 2019. Trabalho de

Conclusão de Curso. Orientador: Flávio Alessandro Serrão Gonçalves.

Orientações em andamento

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

Baseados em Redes de Impedância em Sistemas de Microgeração de Energia Elétrica Renováveis” -

Orientador: Prof. F. A. S. Gonçalves

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

Multifuncional para Conversores baseados em redes de impedância do tipo-Y aplicados em

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

c. Alexandre Borges Marcelo (Mestrado). Título: “Avaliação e Projeto de Controladores Digitais para

Conversores CC-CC em Arquitetura Celular aplicados em Geração Distribuída.” - Orientador: Prof.

F. A. S. Gonçalves

d. Rafael dos Santos (Mestrado). Título: “Microinversor do tipo-Y monofásico”. - Orientador: Prof. F.

A. S. Gonçalves

e. William Hertz Ganzenmuller (Mestrado). Título: “Sistemas de Carregamento de Veículos Elétricos

Multifuncionais”. - Orientador: Prof. F. A. S. Gonçalves

Captação de recursos/projetos adicionais

o PROC. FAPESP No. 2017/19989-3: Augusto Carvajal Quinaglia (Iniciação Científica).

Estudo de viabilidade e análise de implantação de “residências CC”. Orientador: Flávio

Alessandro Serrão Gonçalves

o PROC. PIBIC/CNPq/UNESP No. 2018/47548. Sophia Martins Braghetto Barillari (Iniciação

Científica). Título do Projeto: Modelagem de Inversores do tipo Fonte-Y para Sistemas de

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

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

oscilações de potência instantânea

Mestrando: José de Arimatéia Olímpio Filho

Orientador: Prof. Dr. Helmo Kelis Morales Paredes

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

32

Este projeto de mestrado propõe a implementação e o desenvolvimento de uma técnica de

controle para conversores eletrônicos de potência multifuncionais conectados à rede elétrica, com o

objetivo de possibilitar a compensação das oscilações da potência instantânea. Assim, além de injetar

energia na rede elétrica, o conversor trifásico desempenhará funções de condicionamento da qualidade

das correntes e tensões no ponto de acoplamento comum. O objetivo principal baseia-se na realização

de estudos teóricos e experimentais com o intuito de validar, através dos termos conservativos,

potência e energia reativa da Teoria de Potência Conservativa, uma metodologia que permita a

identificação (decompor) assim como a compensação das parcelas oscilatórias da potência e energia

reativa. Ressaltando-se que a metodologia e o sistema de controle serão avaliados e testados para uma

carga não linear desbalanceada operando em condições onde as distorções e desequilíbrios de tensão

sejam consideráveis.

Processo FAPESP: 17/20987-5

Resultados publicados em: 13th IEEE International Conference on Industry Applications (INDUSCON), outubro de 2018, São Paulo,

Brasil. Participações de José de Arimatéia Olímpio Filho com apresentação de artigo: “Filtro Ativo de

Potência Trifásico para Compensação de Oscilações da Potência Instantânea”

Pesquisas em uso multifuncional de inversores

Prof. Dr.Helmo Kelis Morales Paredes, em colaboração com Prof. Dr. J. P. Bonaldo da UFMT

Este trabalho explora o caso crítico em que a corrente necessária para obter o fator de potência

unitário no lado da rede é superior à capacidade do conversor multifuncional. Assim, o sinal de

referência relacionada à compensação de distúrbios é limitado, gerando uma compensação parcial em

termos de qualidade de corrente. Esta estratégia é particularmente interessante se for considerado o

ponto de vista da operação do conversor multifuncional visando a compensação multiobjectivos, visto

que, qualquer que seja o objetivo final da compensação, o conversor dará prioridade à injeção da

energia gerada pela fonte local (PV, por exemplo) e fará automaticamente a limitação do sinal de

referência para a compensação das correntes indesejadas.

Resultados publicados em: J. P. Bonaldo, G. J. Schiavon, J. A. Pomilio, H. K. Morales-Paredes, “Estrategia de Ajuste Automático da

Compensação de Distúrbios Baseado na Corrente Nominal de Inversores Multifuncionais”. In: Congresso

Brasileiro de Automática, João Pessoa, 2018.

Pesquisas em identificação de cargas e fontes

Prof. Dr.Helmo Kelis Morales Paredes

Neste trabalho foi apresentada uma nova metodologia denominada Sistema Especialista (ES),

onde além de demonstrar a importância de identificar e caracterizar as cargas que contribuem com a

deterioração da qualidade da energia elétrica, a metodologia considera aspectos normativos que

possibilitem um adequado procedimento de operação e conexão de dispositivos de compensação no

contexto de microrredes. Além disso, destaca-se, a importância de definir uma teoria de potência

(neste caso foi a CPT) que seja capaz de caracterizar adequadamente as cargas, uma vez que as

escolhas do dispositivo e da topologia de compensação estão diretamente relacionados com o

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

Resultados publicados em: A. C. Moreira, H. K. Morales-Paredes, W. A. Souza, F. P. Marafão, L. C. P. da Silva “Intelligent Expert

System for Power Quality Improvement Under Distorted and Unbalanced Conditions in Three-Phase AC

Microgrids”. IEEE Transactions on Smart Grid, Vol. 09, No. 06, pp. 6951-6960, Nov. 2018.

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

33

Estágio de pós-doutoramento na Colorado School of Mines

Prof. Dr.Helmo Kelis Morales Paredes

O estágio de pesquisa no exterior foi fundamental para consolidar a colaboração com o Prof. Dr.

Marcelo Godoy Simões e certamente terá continuidade nos próximos anos. Os temas, metas e

objetivos do referido projeto, conjuntamente com o Projeto Temático continuarão sendo tratados pelo

pesquisador, seus orientados e colaboradores, uma vez que o tema é atual e pleno de desafios teóricos

e para implementação de sistemas reais. A colaboração com a CSM e com o Prof. Simões foram

bastante importantes para a realização dos estudos propostos. A realização deste ano de pesquisa no

exterior, além de contribuir para o avanço dos estudos nos temas relacionados, também contribuiu para

a reorganização de metas e objetivos da carreira docente, bem como para a vivência de uma

experiência internacional dentro desta centenária universidade americana. Também foram realizados

contatos com o Prof. Dr. P. K. Sen e o doutorando Ricardo Siqueira de Carvalho também da CSM,

com o Prof. Dr. S. M. Muyeen, com os quais foram iniciados trabalhos de cooperação.

O artigo abaixo aborda a conexão direta da combinação de uma cadeia de supercapacitores e

baterias (sistema hibrido) no barramento CC para aplicações em sistemas fotovoltaicos com dois

estágios (conversor CC-CC e inversor CC-CA). Assim o trabalho apresenta um novo sistema

denominado HESS (Hybrid Energy Storage System). A estratégia de controle proposto para o HESS é

dividida em duas partes, o primeiro modo é o MPPT, aplicado quando a taxa de variação da saída do

Painel fotovoltaico (PV) está abaixo da taxa de rampa desejada. O outro modo é para suavizar a

potência que é aplicado durante a flutuação da saída do PV ou quando a taxa de variação da saído do

PV excede a taxa de rampa desejada. A eficácia do controle proposta para a configuração HESS foi

validada mediante simulações e resultados experimentais em escala laboratorial.

Resultados publicados em: Y. Perdana, S. M. Muyeen, A. Al-Durra, H. K. Morales-Paredes, M. G. Simões, “Direct Connection of

Supercapacitor-Battery Hybrid Storage System to the Grid-tied Photovoltaic System”. IEEE Transactions

Sustainable Energy, Vol. 10, No. 03, pp. 1370-1379, July 2019.

Já no trabalho indicado a seguir é proposta uma solução unificada, que compreende de um

algoritmo que busca um índice de localização de valor pico conjuntamente com o algoritmo de

Transformada Rápida de Fourier para estimar as harmônicas de tensão ou corrente de baixa amplitude

e sincrofasores em condições de frequência variável. Mediante resultados de simulação e

experimentais foi mostrado a efetividade da técnica proposta para estimar as harmônicas e

sincrofasores simultaneamente em tempo real, podendo ser aplicada em qualquer sistema de energia ou

Redes Inteligentes de Energia Elétrica (RIEE).

Resultados publicados em: O. V. S. R. Varaprasad, D. V. S. S. Sarma, H. K. Morales-Paredes, M. G. Simões “Enhanced Dual-

Spectrum Line Interpolated FFT with Four-Term Minimal Sidelobe Cosine Window for Real-Time

Harmonic Estimation in Synchrophasor Smart-Grid Technology”, Electronics, Vol. 8, No. 2, Feb. 2019.

Controle Cooperativo de Geradores Distribuídos em Microrredes de Energia com Múltiplas

Considerações de Operação

Doutorando: Augusto Matheus dos Santos Alonso (bolsa FAPESP – doutorado regular e BEPE)

Orientador: Fernando Pinhabel Marafão (UNESP), Coorientador: Danilo Iglesias Brandão (UFMG)

Coorientador no exterior: Elisabetta Tedeschi (NTNU)

IC FAPESP: Bruno Fernandes de Oliveira, Orientador: Fernando Pinhabel Marafão (UNESP)

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

34

Considerando o contexto de microrredes e redes de distribuição de baixa tensão, nas quais há

significante dispersão de geradores distribuídos (GDs) de energia, este trabalho busca propor um

método de coordenação de tais agentes para se ofertar, de forma cooperativa, despachabilidade de

potência e melhoria da qualidade de energia. O algoritmo Current-Based Control é explorado neste

projeto, propondo sua extensão a sistemas trifásicos, ofertando compartilhamento seletivo de correntes

ativa, reativa e harmônicas. Adicionalmente, objetivos complementares deste trabalho visam a

coordenação de GDs possibilitando compensação distribuída de desbalanço, tão bem quanto o

amortecimento de ressonâncias harmônicas de tensão. Finalmente, espera-se que uma proposta de

otimização seja apresentada para que a melhor tomada de decisão ocorra com respeito à cooperação

entre os DGs distribuídos, dando suporte a diversos objetivos operacionais concomitantes. Este projeto

é vinculado a um doutorado em andamento com bolsa FAPESP (Augusto Matheus dos Santos Alonso,

sob a orientação do Prof. Fernando Marafão.), o qual encontra-se inserido no âmbito de um duplo

diploma (cotutela) recentemente firmado entre a Universidade Estadual Paulista (UNESP) e a

Norwegian University of Science and Technology (NTNU). Tal projeto também envolveu um projeto

de Iniciação Científica FAPESP, do aluno Bruno Fernandes de Oliveira.

Objetivos

Destaca-se como principal objetivo deste trabalho a proposta de um método de coordenação de

inversores existentes em sistemas de geração distribuída, e que estão inseridos no contexto de

redes/microrredes de baixa tensão. Nomeado de Current-Based Control (CBC), o algoritmo proposto

possibilita com que múltiplos objetivos possam ser ofertados de forma cooperativa entre DGs. Com

relação a tais funcionalidades operacionais, este trabalho se fundamenta em propor:

1) Capacidade de coordenação de inversores distribuídos, independente da topologia da

microrrede (mono- ou trifásica);

2) Compartilhamento seletivo de correntes ativa, reativa e harmônicas;

3) Compensação distribuída de desbalanço com base em princípios definidos pela Teoria de

Potência Conservativa (CPT);

4) Adaptabilidade em gerir inversores de forma distribuída ofertando funcionalidade de síntese

de corrente senoidal ou síntese de carga resistiva;

5) Gerenciamento inteligente das operacionalidades acimas propostas visando desempenho

otimizado da microrrede/rede de baixa tensão.

Por fim, é objetivo deste trabalho que o maior número das funcionalidades propostas sejam

validadas experimentalmente através de um protótipo de microrrede de energia em escala laboratorial.

Resultados até o momento

Até o momento, os objetivos de 1 a 4 definidos para o projeto foram realizados, encontrando-se

em fase final de aprimoramento para consolidação da metodologia fundamental proposta. Com o

intuito de demonstrar algumas das funcionalidades ofertadas pelo CBC, um estudo de caso é

apresentado para exemplificar a capacidade seletiva de compartilhamento de correntes entre GDs.

Assim como demonstrado na Fig. 1, um cenário simplificado é adotado, no qual dois inversores

trifásicos estão distribuídos em uma rede de baixa tensão, sob a existência de uma carga não-linear, a

qual drena correntes ativas, reativas e de distorção (harmônicas) que podem ser vistas no intervalo 1 da

Fig. 2. Durante este intervalo os inversores não compartilham nenhuma corrente.

O CBC é uma estratégia que se baseia em uma metodologia mestre/escravo, na qual um

controlador central (CC) alocado no ponto de acoplamento da rede (PCC) opera como mestre, e os

inversores distribuídos são agentes escravo. Portanto, ao iniciar em 0.3 s, o CC recebe como

informação as correntes de pico processadas por cada inversor e transmite como retorno coeficientes

de controle que balanceiam a operação dos inversores, de tal forma que suas capacidades operacionais

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

35

são respeitadas. Como esta etapa apenas visa o compartilhamento de correntes ativa e reativa, os DGs

injetam apenas as componentes fundamentais drenadas pela carga, resultando em apenas harmônicos

circulando no PCC. Após 0,35 s, apenas os harmônicos são compartilhados e somente correntes ativa e

reativa são vistas pela rede. Entre 0,4 e 0,45 s os inversores ativam o compartilhamento mútuo de

harmônicos e corrente reativa, resultando em corrente de baixa distorção e em fase com as tensões no

PAC. E finalmente, após 0,45, é demonstrada a capacidade de despachabilidade do algoritmo ao

prover fluxo nulo de potência no PCC.

Figura 1: Circuito simplificado de microrrede trifásica de baixa tensão.

Figura 2: Resultados de simulação para o compartilhamento seletivo de correntes ativa, reativa e

harmônicos.

Etapas em Desenvolvimento e Planejadas

Atualmente, o doutorando encontra-se em Trondheim na Noruega para realização do estágio de

pesquisa no exterior, através da bolsa BEPE vinculada ao projeto de doutorado. O principal objetivo

durante o intervalo de um ano no exterior é realizar a validação experimental das principais

funcionalidades propostas na metodologia a ser desenvolvida pelo doutorando. A cooperação com a

NTNU na Noruega permitirá validar as técnicas desenvolvidas no Smart Grid Lab

(https://www.ntnu.edu/smartgrid), que é uma referência internacional em laboratórios da área.

Publicações – Julho/2018 a Junho/2019 P1) O aluno, conjuntamente com seu orientador e co-orientador, respectivamente, prof. Fernando

Marafão e Danilo Brandão, iniciaram o processo de prospecção de depósito da patente intitulada

“Sistema de Coordenação de Conversores Multifuncionais em Microrredes de Baixa Tensão”, a

qual está sob avaliação na Agência de Inovação da UNESP (AUIN). Submetido: Outubro 2018.

Grid

Z0

iPCCa

iPCCb

iPCCc

vPCCc

Central

Controller

vPCCb

vPCCa

Z0

Z0

Z1

Z1

Z1

Z2

Z2

Z2

DG1 DG2

CBNL

CBRL

CBR

CBRLu

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

36

P2) Alonso, A. M. S; Afonso, L. C.; Brandao, D. I.; Tedeschi, E.; Marafão, F. P., “Considerations on

Communication Infrastructures for Cooperative Operation of Smart Inverters” in IEEE

COBEP/SPEC Conf., Dezembro 2019. SUBMETIDO

P3) Paredes, H. K. M.; Filho, J. A. O.; Alonso, A. M. S.; Bonaldo, J. P.; Marafão, F. P.; Simoes, M. G.,

“3-Phase Multi-Functional Grid-Tied Inverter for Compensation of Oscillating Instantaneous

Power,” in IEEE COBEP/SPEC Conf., Dezembro 2019. SUBMETIDO

P4) Alonso, A. M. S.; Brandao, D. I.; Caldognetto, T.; Marafão, F. P.; Mattavelli, P., “A Selective

Harmonic Compensation and Power Control Approach Exploiting Distributed Electronic

Converters in Microgrids,” International Journal of Electrical Power & Energy Systems, Janeiro

2019. SUBMETIDO

P5) Brandao, D. I.; Ferreira, W. M; Alonso, A. M. S.; Tedeschi, E.; Marafão, F. P., “Optimal

Multiobjective Control of Low-Voltage AC Microgrids: Power Flow Regulation and Compensation

of Reactive Power and Unbalance,” IEEE Transactions on Smart Grid, Janeiro 2019. SUBMETIDO

P6) Brandao, D. I.; Savoi, L.; Alonso, A. M. S.; Reis, G.; Liberado, E. V.; Marafão, F. P., “Coordinated

Control of Distributed Three- and Single-phase Inverters Connected to Three-Phase Three-Wire

Microgrids,” IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, Fevereiro 2019.

ACEITO PARA PUBLICAÇÃO

P7) Alonso, A. M. S.; Brandao, D. I.; Tedeschi, E.; Marafao, F. P., “Coordinated Control of Parallel

Power Conditioners Synthesizing Resistive Loads in Single-Phase AC Microgrids,” in European

Conf. Power Electron. Appl. (EPE-ECCE), Setembro 2019. ACEITO PARA PUBLICAÇÃO

P8) Alonso, A. M. S.; Paredes, H. K. M.; Filho, J. A. O.; Bonaldo, J. P.; Brandao, D. I.; Marafão, F. P.,

“Selective Active Power Conditioning in Two-Phase Three-Wire Systems Based on the

Conservative Power Theory,” in IEEE Industry Applications Annual Meeting (IAS Meeting),

Novembro 2019. ACEITO PARA PUBLICAÇÃO

P9) Paredes, H. K. M.; Filho, J. A. O.; Alonso, A. M. S.; Bonaldo, J. P.; Marafao, F. P., “Filtro Ativo de

Potência Trifásico para Compensação de Oscilações da Potência Instantânea,” 13th IEEE Int. Conf.

Ind. Appl. (INDUSCON), Novembro 2018.

Estudo e desenvolvimento de técnicas de gerenciamento energético para instalações residenciais

Doutorando: Bruno Aguilar da Cunha

Orientador: Fernando Pinhabel Marafão (UNESP)

Doutorando: Fernando Deluno Garcia

Orientador: Fernando Pinhabel Marafão (UNESP)

Coorientador: Wesley Angelino de Souza (UFSCAR)

IC FAPESP: Marcella de Sant’Anna

Orientador: Fernando Pinhabel Marafão (UNESP)

Neste tema, três linhas principais podem ser destacados:

1) Desagregação de cargas residenciais: nesta linha o foco tem sido o desenvolvimento de técnicas

de análise dos sinais de tensão e corrente visando a consolidação dos chamados Medidores Cognitivos

de Energia (MCE). O conceito dos MCE é basicamente relacionado ao uso de técnicas de inteligência

artificial e métodos de desagregação de carga para o monitoramento não-intrusivo das cargas (NILM).

Assim, tem-se feito uso de características microscópicas relacionadas ao consumo das cargas, aliadas a

uma máquina de estados que visa identificar quando cada tipo de carga é ligada ou desligada. Desta

forma, fazendo-se uso de um banco de dados de cargas domésticas, criado a partir da aplicação da

Teoria de Potência Conservativa, foi proposta uma nova técnica de desagregação de cargas com índice

de acerto superior a 95%. Acredita-se que com técnicas de desagregação de cargas eficientes, os MCE

serão especialmente importantes para prover informações para sistemas de gerenciamento energético

residencial.

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

37

Publicações:

De Souza, Wesley Angelino; Garcia, Fernando Deluno; Marafão, Fernando Pinhabel ; Da Silva, Luiz

Carlos Pereira ; Simões, Marcelo Godoy. Load Disaggregation Using Microscopic Power Features and

Pattern Recognition. Energies, 2019. (Submetido).

Souza, Wesley A.; Marafão, Fernando P.; Liberado, Eduardo V.; Simões, Marcelo G.; Da Silva, Luiz C.

P. A Nilm Dataset for Cognitive Meters Based on Conservative Power Theory and Pattern Recognition

Techniques. Journal Of Control, Automation And Electrical Systems, v. 1, p. 1-14, 2018.

Souza, W. A.; Marafão, F. P.; Garcia, F. D.; Paes, F. L. Gerenciamento de Consumo Elétrico Baseado

em Medidores Cognitivos de Energia Elétrica. Congresso Brasileiro de Automática, 2018, João Pessoa.

Anais do CBA 2018, 2018. p. 1-8.

2) Análise de dados climatológicos para previsão de geração de energia: Diversos autores têm

utilizado Redes Neurais Artificiais (RNAs) para realizar classificações através de dados climáticos

históricos e predizer a saída (energia gerada) por painéis fotovoltaicos nas diferentes horas do dia. O

objetivo do trabalho tem sido o de classificar os dados em três diferentes tipos de clima (ensolarado,

chuvoso e nublado) que serão as diferentes saídas da RNA. Essa classificação é necessária para

posteriormente obter a predição de geração que irá compor um sistema de gerenciamento de energia

inteligente. O trabalho é parte de um estudo de revisão bibliográfica para verificar as técnicas relatadas

na literatura. Os resultados confirmam que a rede neural artificial do tipo SOM (self-organization map)

é adequada para a classificação desses cenários climáticos e também indica as arquiteturas mais

adequadas ao modelo, possíveis modificações e quais dados climáticos são necessários para uma

classificação adequada e robusta.

3) Tecnologias para automação residencial com foco em gerenciamento energético: nesta linha,

foi desenvolvido um projeto de IC com foco em identificar os principais tipos de tecnologias e

produtos disponíveis no mercado internacional, que possam ser utilizadas em conjunto com as técnicas

de desagregação de cargas e predição de geração, para realização do controle ativo de cargas não

prioritárias, permitindo a implementação de diferentes estratégias de gerenciamento do consumo e

geração. O próximo passo será o estudo do impacto de armazenadores de energia no cenário

residencial.

Estudo Comparativo de Técnicas de Minimização de Ondulações de Torque de Motores de

Relutância Variável Trifásicos para Aplicações em Veículos Elétricos Mestrando Marcelo Vinicius de Paula

Orientador Prof. Dr. Ernesto Ruppert Filho

Para a aplicação de motores de relutância variável (MRV) em veículos elétricos, um dos

requisitos é a produção de torque com baixo nível de ondulação. O MRV apresenta vantagens como

robustez, simplicidade, baixo custo e tolerância a faltas e desvantagens como alto nível de ondulação

de torque e ruído acústico. Este trabalho apresenta uma investigação a respeito de técnicas de controle

de torque do MRV para viabilizar aplicações em veículos elétricos. Os princípios de funcionamento do

MRV são discutidos para explicar a presença das ondulações de torque e entender a produção das

perdas elétricas. Apresenta-se também o controle de velocidade para o MRV com ângulos de disparo

fixos e variáveis. Posteriormente, técnicas eletrônicas de controle de torque instantâneo (CTI) e de

controle de torque médio (CTM), como per filamento de corrente através de funções de divisão de

torque (FDT), controle direto de torque (CDT), controle direto de torque instantâneo (CDTI) e controle

direto de torque médio (CDTM) são apresentadas. Propõe-se uma nova forma de calcular o fluxo

magnético concatenado de referência para o CDT visando minimizar as ondulações de torque.

Também é proposta a utilização de tabelas de consulta com ângulos de disparo ótimos para diminuir as

ondulações de torque nos métodos CDTI e FDT. Simulações computacionais foram feitas para verifi

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

38

car os algoritmos de controle. As simulações mostram que a FDT senoidal retorna um menor nível de

ondulação de torque em velocidades inferiores a 10 rad/s. Entre 10 e 150 rad/s o CDTI apresentou

melhor desempenho. Acima desta velocidade o CDTM apresentou melhor desempenho. O CDT, mesmo com a referência de fluxo magnético concatenado sugerida, é competitivo

apenas abaixo da velocidade de base. Com os resultados encontrados fica evidente que o MRV pode

ser utilizado para aplicações que requerem baixo nível de ondulação de torque como na tração de

veículos elétricos. Uma analise das perdas elétricas é apresentada para pontos abaixo e acima da

velocidade de base. O CDTI retorna os maiores níveis de perdas no núcleo para os pontos estudados. O

menor índice de perdas ocorre com o uso da FDT exponencial, para operação abaixo da velocidade de

base, e com a FDT linear, para operação acima da velocidade de base. O CDT é o método que

apresenta os maiores indicadores de perdas elétricas. Os resultados auxiliam na escolha do método de

controle de conjugado considerando as perdas elétricas de acordo com o método, e demonstram que o

MRV é competitivo às outras máquinas utilizadas na indústria para aplicações que requerem baixo

nível de ondulação de torque como aplicações em veículos elétricos.

Teorias de Potência Elétrica Prof. Dr. Helmo Kelis Morales Paredes e Prof. Dr. Fernando P. Marafão

Como apresentado no relatório anterior, estão em andamento estudos com a teoria “Current’s

Physical Components” (CPC), desenvolvida por Lesek Czarnecki.

Resultados já aprovados serão publicados em:

Fonseca, J. V. D.; Pereira, L. A. A.; Moreira, A. C.; Guillardi Jr., H.; Liberado, E. V.; Paredes, H. K.

M.. Implementação de um medidor de potência baseado na CPC utilizando o sistema embarcado

myRIO. CBQEE 2019.

Uma das principais atividades neste tema no último período foi a implementação de várias das

teorias disponíveis na literatura, a saber a CPT, CPC, PQ, STD e FBD, fazendo-se uso de linguagem C

e algoritmos padronizados para obtenção de um setup computacional de fácil utilização e para estudos

de simulação em softwares como PSIM e Matlab/Simulink. Acredita-se que com esta padronização, os

estudos futuros serão facilitados e as comparações das técnicas poderão ser realizadas com mais

agilidade. Até a finalização do projeto temático, espera-se criar um mecanismo de disponibilização

adequado para os algoritmos implementados, através de site ou aplicativo na internet.

Pesquisas em Sistemas de Distribuição Pesquisador Associado: Prof. Dr. Daniel Dotta

Neste segundo ano de trabalho foi desenvolvido com sucesso um protótipo de uma unidade de

medição fasorial sincronizada. Esse protótipo é uma alternativa de baixo custo para a realização de

pesquisas na área de medição fasorial sincronizada, pois, além de apresentar desempenho semelhante à

equipamentos comerciais, é distribuída sob a forma de código aberto. Sendo voltada para aplicações

em sistemas de distribuição, a D-PMU tem a capacidade de operar com altas taxa de amostragem,

comparada à dispositivos do tipo Smart Meters. Com um hardware de dimensões compactas, apresenta

um baixo custo de fabricação e, consequentemente, menor custo para aquisição e instalação de

unidades de D-PMU. Do ponto de vista prático, a arquitetura de D-PMU (Distribution PMU) é

composta por quatro blocos essenciais para o correto funcionamento e obtenção dos sincrofasores que

são apresentados na Figura 1. O protótipo final é apresenta na Figura 2.

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

39

Figura 1 – Arquitetura de Hardware da D-PMU

Os resultados obtidos na D-PMU apresentam elevada precisão em relação ao equipamento

comercial RPV-311 (GE). Para o critério de TVE (Total Vector Error), os índices ficam abaixo do

valor médio de 0.1% como apresentado na Figura 3. Estes resultados apresentam spykes de frequência

que podem causar divergência por conta das diferentes arquiteturas de estimação dos sincrofasores,

mas que ficam sempre abaixo do valor máximo de erro de TVE definido por norma 37.118 na

operação com sinais reais. Tal desempenho viabiliza o emprego deste dispositivo em sistemas de

distribuição uma vez que os valores mínimos para esta aplicação de TVE são atendidos. No modo de

operação offline, os valores de TVE entre o algoritmo MatLab e os resultados da D-PMU são

significativamente menores que aos obtidos nos casos de operação online. Isto se deve à similaridade

entre as arquiteturas do MatLab e a implementada na Beaglebone além do não emprego de lementos de

condicionamento e de sincronismo das amostras.

O principal diferencial da D-PMU é a utilização do módulo de PWM para geração e controle da

frequência de amostragem do ADC. Mesmo a Beaglebone possuindo as PRUs, que são recomendadas

para isto, estas unidades precisam executar um conjunto de instruções e operações matemáticas a cada

iteração do código. Caso as PRUs sejam utilizadas para geração de frequência de amostragem, estas

poderão apresentar diferentes tempos de processamento para cada iteração do algoritmo e, no contexto

da D-PMU, causar variações na frequência de amostragem do ADC. O PWM contorna estas

irregularidades pois possui uma arquitetura dedicada apenas a geração dos pulsos de conversão que são

enviados ao ADC, ou seja, cada iteração nos contadores do PWM será de período constante e

independente do número de operações matemáticas que a PRU executa. Por outro lado, o emprego

destas PRUs é necessário, pois permitem aquisitar e decodificar as amostras coletadas pelo ADC em

tempo real sem comprometer ou consumir recursos computacionais do processador principal da

Beaglebone, onde o SO está em execução. O trabalho segue agora com uma série de testes de

desempenho com o objetivo de obter a certificação segundo a norma IEEE C37.118.

Dissertação de mestrado

Maique Correa Garcia. “Desenvolvimento de Plataforma de Hardware para pesquisas e

medição fasorial sincronizada - D-PMU” Dissertação de Mestrado, FEEC-Unicamp, junho de

2019

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

40

Figura 2 – Protótipo desenvolvido

Figura 3 – Validação dos resultados quando comparado com PMU comercial

Gerenciamento da Distribuição

Doutorando Vinicius Carnelossi da Cunha.

Pós-doc Dr. Ricardo Torquato Borges

Atividades orientadas pelo Prof. Dr. Walmir de Freitas Filho

Neste segundo ano de trabalho, aprofundou-se o desenvolvimento de aplicações para Sistemas

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

utilizando medições ao longo do sistema de distribuição. Estas medições abrangem tanto dados RMS

fornecidos por medidores inteligentes (e.g., módulo de tensão e potências ativa e reativa), quanto

dados fornecidos por qualímetros com capacidade de medição ininterrupta de forma de onda (medição

gapless). Em tal cenário, destacam-se duas principais aplicações, bem como resultados obtidos até o

presente momento, sendo estas:

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

41

Correção de erros presentes no banco de dados das concessionárias de distribuição (medidores

inteligentes)

Nesta primeira aplicação, objetiva-se corrigir informações incorretas referentes à topologia da

rede, aos parâmetros das linhas e às fases de conexão dos consumidores em sistemas de baixa tensão.

Para tanto, desenvolveu-se um método analítico que requer apenas medições de módulo de tensão e

potências ativa e reativa obtidas em medidores inteligentes. O método foi testado para um alimentador

real completo (redes primária e secundária modeladas) com cerca de 2000 consumidores, sendo

possível estimar adequadamente a topologia da rede (acerto de 90% das linhas presentes no sistema de

baixa tensão), os parâmetros das linhas (80% das linhas apresentam erros praticamente nulos nas

impedâncias estimadas) e fases de conexão dos consumidores (100% de acerto). Ademais, testes de

sensibilidade foram conduzidos a fim de quantificar a influência das especificações dos medidores

(e.g., resolução e erros de amostragem) no desempenho do método. Verificou-se que, caso medidores

de alta precisão (i.e., classe de precisão de 0,2% ou 0,5%) sejam utilizados, a solução de compromisso

entre aquisição de dados e eficácia é obtida com a resolução de 1 hora por um período amostral de 10

dias (240 medidas de P, Q e V coletadas por medidor).

Topologia da rede real utilizada e topologia estimada através do método proposto.

(i) (ii)

Erros absolutos na estimação da (i) resistências e (ii) reatâncias das linhas.

Detecção rápida e eficiente de ressonâncias subsíncronas instáveis (medidores de forma de onda)

O objetivo desta segunda aplicação consiste detectar ressonâncias subsíncronas instáveis

presentes em circuitos com geração eólica de forma rápida e precisa. Para isto, desenvolveu-se uma

metodologia capaz de identificar uma ressonância subsíncrona instável em menos de 1 ciclo a partir do

seu início, utilizando medição de forma de onda sincronizada nos dois terminais de uma linha com

compensação série como mostrado abaixo. A impedância da linha é o único parâmetro do circuito que

deve ser conhecido.

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

42

Localização das medições necessárias para detecção de ressonância subsíncrona instável.

A partir da forma de onda de corrente e da impedância da linha, estima-se a queda de tensão na

linha, na frequência fundamental. O resultado é subtraído da queda de tensão obtida diretamente via

medições de forma de onda de tensão (as quais possuem tanto a componente em frequência

fundamental quanto potenciais componentes subsíncronas), e o resultado da subtração é a potencial

distorção subsíncrona presente na rede. Em outras palavras, emprega-se a linha como um filtro passivo

para extrair as distorções subsíncronas. As características da ressonância (frequência, amortecimento e

magnitude inicial da corrente subsíncrona) podem então ser calculadas em menos de 1 ciclo da

frequência subsíncrona, como mostrado na figura abaixo.

Etapas do método de detecção de ressonâncias subsíncronas instáveis.

O efeito de fatores como distorções harmônicas presentes nos sinais de tensão e corrente, baixa

taxa de amostragem das medições e erros nos parâmetros da linha também foram investigados. O

método é robusto para distorções de tensão de até 2%, taxas de amostragem de pelo menos 64

amostras por ciclo, e erros de até 5% nos parâmetros da linha.

Orientações e supervisões em andamento:

Doutorado:

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

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

o Pesquisador: Vinicius Carnelossi da Cunha. Bolsista FAPESP, processo #2017/10476-3.

Pós-doutorado:

o Título: Metodologias para a Integração de Medições de Alta Resolução no Gerenciamento dos

Sistemas Modernos de Distribuição de Energia Elétrica;

o Pesquisador: Ricardo Torquato Borges. Bolsista FAPESP, processo #2018/24018-0.

V2 V1, I1

Ger.

AC

DC

DC

ACLinha com

compensação sérieParque eólico

Restante da

rede

Medição

fSSR=1/(2Δt)

2o pico

Etapa 2: filtragem

utilizando os

parâmetros da linha

Etapa 1: medição (não processada)Etapa 3: obtenção das características

da ressonância em 1 ciclo

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

43

Publicação em periódico:

B. Gao, R. Torquato, W. Xu, e W. Freitas, “Waveform-Based Method for Fast and Accurate Identification

of Subsynchronous Resonance Events,” aceito para publicação em IEEE Transactions on Power Systems.

Pesquisas em Otimização: Prof. Dr. Christiano Lyra Filho e Alunos Orientados

Configurações Ótimas de Redes de Distribuição de Energia Elétrica com Fontes Fotovoltáicas

Pervasivas

Ellen Marianne Bernal Cavalheiro (aluna de Doutorado)

A pesquisa tem procurado desenvolver estratégias para obter reduções de perdas através da

definição das melhores configurações para operação de redes de distribuição operadas de forma radial

e com fontes intermitentes fotovoltaicas pequenas e pervasivas, ou seja, injetando energia em todos os

nós da rede. As “melhores” configurações são definidas como aquelas que levem a menor perda

possível de energia por efeito joule, atendendo às demandas e escoando as energias produzidas pelas

fontes distribuídas ao longo da rede. O trabalho tem investigado a consequência de pequenas fontes

intermitentes espalhadas na rede na caracterização das melhores configurações.

A principal indagação da pesquisa no período é se há benefícios suficientes de redução de perdas

para justificar a reconfiguração das redes, acompanhando as variações nas demandas médias em cada

um dos nós, decorrentes da intermitência de fontes fotovoltaicas. O aspecto pervasivo das fontes

fotovoltaicas consideradas no estudo caracteriza uma situação extrema que, embora pouco provável

num futuro próximo, auxiliam a compreensão e a definição dos contornos do problema. A questão foi

investigada inicialmente com simulações em um modelo de pequeno porte muito simples, denominado

“problema maquete”. As conjecturas iniciais foram investigadas em um conjunto de simulações em

instâncias de maior porte, com configurações ótimas definidas por um solver ad hoc específico,

desenvolvido com arquitetura BRKGA (biased random-key genetic algorithm).

No conjunto, a investigação permitiu levantar a conjectura preliminar de que as variações de

fluxos nas redes devido às intermitências de pequenas fontes fotovoltaicas não têm um papel

fundamental para a definição das melhores configurações para as redes, que devem ser definidas pelas

distribuições de cargas e pelas gerações distribuídas mais significativas. Uma questão em aberto é a

definição do plano que separa as “fontes pequenas” das “fontes significativas”. Os experimentos

desenvolvidos têm fornecido elementos iniciais para esta caracterização.

Integração de Pequenas Fontes de Geração Sustentáveis aos Sistemas de Transmissão e

Alocação de Indicadores de Falhas para Proteção Adaptativa de Redes de Distribuição de

Energia Elétrica

Caio dos Santos (aluno de Mestrado)

O primeiro tema, “Integração de Pequenas Fontes de Geração Sustentáveis aos Sistemas de

Transmissão”, é o núcleo da pesquisa de Mestrado de Caio, que será defendida nos próximos meses. A

pesquisa vem sendo desenvolvida a partir da observação de que as metodologias desenvolvidas ao

longo dos últimos cinquenta anos para integração de grandes usinas aos sistemas interligados são

inadequadas para estudar cenários onde um conjunto de pequenas usinas precisa ser interligado ao

sistema principal. O trabalho desenvolve uma abordagem de otimização para estudar o novo problema,

considerando simultaneamente a integração de todo o conjunto de usinas. A metodologia propõe a

configuração das linhas, subestações e equipamentos auxiliares. Duas estratégias foram desenvolvidas

para lidar com a complexidade computacional da abordagem: uma aproximação linear por partes

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

44

transforma o problema original em um problema linear misto; um procedimento de pré-processamento

analisa o espaço de soluções, procurando eliminar soluções pouco atraentes do ponto de vista técnico.

Os aspectos particulares da integração de fontes intermitentes são abordados por procedimento de

otimização multiobjectivo.

O segundo tema, “Alocação de Indicadores de Falhas para Proteção Adaptativa de Redes de

Distribuição de Energia Elétrica”, é uma pesquisa complementar desenvolvida por Caio em

colaboração com Petra Bartmeyer (aluna de Doutorado). Desenvolve metodologia baseada em

otimização combinatória com variáveis binárias para encontrar as melhores localizações de

indicadores de falhas em redes de distribuição de energia elétrica. A otimização da localização dos

sensores maximiza o benefício desses componentes, com consequência no aumento da confiabilidade

das redes. Mais especificamente, a metodologia leva ao aumento da precisão na identificação de falhas

temporárias e a melhora na estratégia de coordenação de dispositivos de proteção. Os benefícios são

avaliados através de simulações de Monte Carlo.

Publicações em Conferências

“Configurações de redes de distribuição de energia elétrica com fontes distribuídas considerando

variações de demanda”, E. M. B. Cavalheiro e C. Lyra, Anais do “50o Simpósio Brasileiro de Pesquisa

Operacional”, 6 a 9 de agosto de 2018, Rio de Janeiro, RJ, Artigo 85020, 11 pg

“Connecting a Cluster of Small Renewable Sources to a Power System”, Caio dos Santos & C. Lyra,

aceito para apresentação e publicação nos Proceedings do “IEEE PES Innovative Smart Grid

Technologies Latin America 2019”, 15 a 18 de setembro de 2019, Paper 181, 6pg, Gramado, RS, Brasil.

“Optimal Configuration of Power Distribution Networks with Small Intermittent Energy Sources”, E.

M. B. Cavalheiro & C. Lyra, aceito para apresentação e publicação nos Proceedings do “IEEE PES

Innovative Smart Grid Technologies Latin America 2019”, 15 a 18 de setembro de 2019, Paper 210,

5pg, Gramado, RS, Brasil.

“Allocation of Fault Indicators for Adaptive Protection Schemes”, Caio dos Santos, Petra M. Bartmeyer

& C. Lyra, aceito para apresentação e publicação nos Proceedings do “IEEE PES Innovative Smart Grid

Technologies Latin America 2019”, 15 a 18 de setembro de 2019, Paper 236, 6pg, Gramado, RS, Brasil.

Controle Cooperativo de Sistemas Multiagentes em Grafos Doutorando Daniel Horevicz

Orientador Prof. Dr. Paulo A. Valente Ferreira

O projeto aborda o problema de controle cooperativo multiagentes (Lewis et al., 2014).

Assumimos que os agentes (sistemas dinâmicos) estão conectados por meio de um grafo e que cada

agente (nó do grafo) tem acesso apenas a informações de agentes vizinhos de acordo com a estrutura

(nós e arestas) determinada pelo grafo. O controle cooperativo visa coordenar as ações dos agentes no

sentido de um objetivo global estipulado para o sistema, ao mesmo tempo em que contempla também

objetivos locais dos agentes. A principal motivação do projeto é o controle de microgrids (Bidram et

al, 2017). Durante o último período avançamos na revisão da literatura relacionada aos fundamentos

do projeto, notadamente em tópicos como Controle Ótimo (Lewis e Syrmos, 1995) e Teoria dos Jogos

(Maschler et al., 2013).

O principal problema associado à temática do projeto é a resolução de Equações de Riccati

Acopladas (Lewis e Syrmos, 1995). Realizamos a implementação em MATLAB/Simulink de dois

algoritmos com vistas a resolução desse problema: um algoritmo iterativo clássico baseado em

Álgebra Numérica, e um algoritmo baseado em Redes Neurais/Aprendizado por Reforço. Constatamos

a aderência dos nossos resultados aos reportados em Lewis et al. (2014), tendo o algoritmo clássico

apresentado melhor eficiência computacional. O plano para o próximo período é incorporar elementos

de Jogos Cooperativos (Maschler et al., 2013) à modelagem da interação entre os agentes.

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

45

Embora o termo ”Controle Cooperativo” seja usual na literatura do projeto, o que ocorre na

prática é uma adaptação de elementos de Jogos não Cooperativos aos objetivos do controle. Com a

adequada utilização de Jogos Cooperativos, esperamos obter melhores resultados (tanto no sentido do

objetivo global, quanto no sentido dos objetivos locais) do que os disponíveis na literatura.

Bidram, A., Nasirian, V., Davoudi, A. and Lewis, F.L., Cooperative Synchronization in Distributed Microgrid

Control, Springer, 2017.

Lewis, F.L. and Syrmos, V.L., Optimal Control, Second Edition, Wiley, 1995.

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

2014.

Maschler, M., Solan, E. and Zamir, S., Game Theory, Cambridge, 2013.

Controle de sistemas incertos Atividades coordenadas/orientadas pelo Prof. Dr. João Bosco Ribeiro do Val

As atividades de pesquisa evolveram sobre a noção de controle e de estimação de estados,

mencionada no relatório anterior, a qual estabelece um princípio de cautela ao lidar com sistemas com

dinâmica pouco conhecida. Essa abordagem desenvolve um sentido de robustez o qual utiliza

ferramentas de natureza estocástica e estende e desenvolve a síntese de controladores ou estimadores

robustos aos sistemas estocásticos.

Essas noções podem ser aplicadas a um cenário realista do ponto de vista de uma rede elétrica

inteligente, na qual se agregam vários subsistemas interagindo a partir da troca de informações

restritas, possivelmente corrompidas pelo ruído, considerando também que das dinâmicas envolvidas

são pouco conhecidas. Como já explicitado anteriormente, a tomada de decisões da operação no

sistema integrado formado pela rede elétrica recai sobre alguns elementos com capacidade de controle,

os quais idealmente devem ter a medida exata dos estados e a noção precisa do comportamento

dinâmico dos subsistemas com os quais interage. Entretanto o cenário real é muito distinto, uma vez

que os subsistemas são variantes no tempo, e as dinâmicas estimadas são imprecisas por natureza.

Adiciona-se o fato de que a informação relativa às variáveis importantes é comprometida por várias

razões, tais como o acesso (não é viável medi-las), a precisão do medidor, atrasos e limitações

impostos pela rede de comunicação, entre outros fatores. Assim, resta aos agentes de controle um

cenário de incertezas, no qual as medidas disponíveis são restritas e distorcidas por imprecisões, além

das dinâmicas envolvidas serem pouco conhecidas e subdeterminadas. O objetivo primordial da síntese

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

tempo em que se procura uma operação otimizada.

O cenário no qual as decisões devem ocorrer sob incerteza, deve assim embutir um princípio de

cautela à entidade controladora, ou seja, frente às incertezas é mais adequado sob certas circunstâncias

abster-se, do que atuar sobre o sistema agressivamente.

A partir desse ponto de vista, essa linha de pesquisa tem desenvolvido modelos baseados na ideia

“Variações Aumentam a Incerteza”, propondo modelos estáticos de estimadores, como também

modelos dinâmicos, incorporados ao problema de controle e filtros para estimação de estados, que

utilizam esse princípio. Um modelo dinâmico a tempo contínuo e a tempo discreto apresentado sob o

acrônimo CSVIU (Control and State Variations Increases Uncertainty) foi desenvolvido e estuda-se a

síntese de controle resultante, Um filtro do tipo Kalman EVIU (Estimation Variations Increases

Uncertainty) em que é possível manter a natureza recursiva desse tipo de filtro e tratar o problema

quando há desconfiança sobre o modelo e a qualidade das medidas também foi explorado. Para o caso

do estimador estático, verificaram-se cenários nos quais o estimador utilizando essa característica tem

o potencial de eliminar a polarização ou reduzir o erro médio quadrático, duas características

estatísticas fundamentais.

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

46

Estas são atividades em progresso que durante o período resultaram em uma dissertação de

mestrado relacionada diretamente com o assunto de filtragem e uma tese de doutorado envolvendo o

assunto de estabilidade. Também foram apresentados dois artigos em conferências, foi publicado um

artigo e um segundo artigo foi aceito. O primeiro trata do problema econômico de pesca utilizando os

modelos CSVIU, no qual se explora a região de inação que surge nos modelos, indicando que cautela

deve ser exercida ao se abordar um problema cujo o modelo dinâmico e de controle são poucos

conhecidos. Em particular, se explora a assimetria natural que surge em problemas econômicos e

biológicos entre escassez e abundância, no qual se deve quantificar a incerteza no modelo de forma

assimétrica. Essa característica surge quando o risco associado ao ponto desejável de operação é

assimétrico, e representa um conceito aplicável também aos problemas em questão.

Segue relação de dissertações e produção bibliográfica no período, relacionadas ao tema: Marcos Rogério Fernandes. Filtragem estocástica: variação da estimativa como fonte de incerteza.

Dissertação de mestrado, FEEC–UNICAMP, 2019.

Elmer Lévano Huamaccto. Gerador estendido e estabilidade quase certa para processos de difusão

degenerados. Tese de doutorado, FEEC–UNICAMP, 2018.

“Fishery Management under Poorly Known Dynamics”, João B.R. do Val, Patrice Guillotreau and

ThomasVallée. European Journal of Operational Research, vol. 279, n.1, p. 242–257, 2019 DOI:

10.1016/j.ejor.2019.05.016

“When Control and State Variations Increase Uncertainty: Modeling and Stochastic Control in

Discrete Time”, Filipe C. Pedrosa, João C. Nereu, João B. R. do Val. Automatica, Accepted

provisionally as Regular Paper

“Filtering of Poorly Known Systems: Estimation Variations as Source of Uncertainty”, Marcos R.

Fernandes, João B. R. do Val and Rafael F. Souto. 2018 IEEE 57th 2 Annual Conference on

Decision and Control (CDC), Miami Beach FL, USA. Dec 17- 19 2018, p. 3074–3079 DOI:

10.1109/CDC.2018.8619306

“Filtragem de sistemas não-lineares: considerando a variação da estimativa como fonte de incerteza”,

Marcos R. Fernandes, Rafael F. Souto e João B. R. do Val, Congresso Brasileiro de Automática

CBA2018, João Pessoa, PB, 2018

Plataformas de Comunicação e Informação para Redes Inteligentes

Plataforma C&I

Atividades desenvolvidas pelos doutorandos J. F. Guerreiro e H. Guillardi Jr.

Uma importante etapa do projeto é a implantação de um painel de emulação de rede com coleta e

armazenamento dos dados.

As estruturas físicas de dados e conexões dos equipamentos são foram definidas. A estrutura

(imagem que segue) prevê a segmentação da rede, provendo segurança de acesso restrito aos

equipamentos, além de não interferir com a arquitetura de TI já instalada na instituição sede. Essa

estrutura é a evolução da apresentada no relatório anterior.

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

47

Ilhas de rede e interação entre os diferentes equipamentos da estrutura prevista para emulação de rede.

Bem como todo o projeto físico para aquisição e condicionamento dos sinais de tensão e corrente

de cada um dos 12 barramentos que comporão a estrutura de emulação no painel. As imagens que

seguem mostram o 3D das placas a serem produzidas para interfacearem o sistema de controle cRIO

da National Instruments escolhido com os sensores e acionamentos previstos no painel de emulação de

rede, bem como prover todas as proteções e diagnósticos necessários.

Conceituação e proposta de Geradores Sustentáveis Inteligentes Prof. Dr. Leonardo de Souza Mendes

1. Objetivo

Desenvolver estudos e pesquisas em Energia Inteligente (Smart Energy) e Gestão de Negócios

em Energia Inteligente com vistas a soluções inovadoras voltadas à geração e à distribuição de energia,

ao monitoramento, ao controle e à auditoria remota de produtos e sistemas de energia inteligentes e ao

desenvolvimento de sistemas de mineração e análise de dados (tanto dados administrativos e de gestão

quanto os dados técnicos de gerência e operação de serviços) buscando o aperfeiçoamento das

tecnologias e soluções relacionadas com o Negócio de Energia Inteligente (Smart Energy Business).

Como resultados secundários, estaremos observando as oportunidades de estudos e pesquisas em áreas

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

48

correlatas como Sustentabilidade Inteligente (com aplicações em gestão de energia e água), edifícios e

casas inteligentes, saúde inteligente e Indústria 4.0.

2. Descrição

Nosso trabalho tem como objetivo o estudo e o desenvolvimento de técnicas para a coleta, o

tratamento e a análise dos dados a partir da operação em campo de geradores elétricos com vistas à

produção de um sistema de apoio à tomada de decisão na área de operação remota, bem como a

manutenção destes tipos de equipamentos.

Tendo como meta geral o desenvolvimento de estudos e pesquisas na aplicação de técnicas de

Mineração e Ciência de Dados e no desenvolvimento de processos de Tomada de Decisão mediado por

Análise de Dados nas áreas de Energia Inteligente (Smart Energy) e Gestão de Negócios em Energia

Inteligente, detalhamos as atividades que vêm sendo desenvolvidas dentro do escopo deste projeto. As

atividades desenvolvidas são:

1. Estudo dos equipamentos de geração de energia usando motores a combustão interna, seus

painéis elétricos de distribuição e controle e seus sistemas de monitoramento remotos;

2. Estudos visando a conversão dos geradores a diesel para operação com combustíveis

alternativos como Etanol e Biogás;

3. Levantamento das informações geradas por estes equipamentos e formatação de uma base

estruturada de análise de dados;

4. Desenvolvimento de uma plataforma de organização da coleta e estruturação dos dados para

dispositivos inteligentes distribuídos em diferentes áreas geográficas;

5. Tratamento dos dados para identificação de dados anômalos;

6. Estudo e aplicação de técnicas de classificação e caracterização dos dados;

7. Levantamento de regras de avaliação de perfis com o objetivo de tomadas de decisão.

Outras atividades que são desenvolvidas dentro do contexto deste projeto são:

1. Sistemas de cadastramento de dados

a. Prontuário de produtos e serviços com proposição de técnicas de identificação e

autenticação de equipamentos

b. Big Data e políticas de acesso aos dados

2. Sistemas e Processos em Smart Grid e Smart Energy (teses de mestrado e doutorado)

a. Smart Energy Management e Smart Energy Broker

b. Analytics Intelligence aplicado em Smart Energy e Smart Energy Business

c. Definição do conceito de geradores inteligentes de energia.

3. Parcerias

A principal parceiria com instituições internacionais vem sendo desenvolvida com a Swinburne

University of Technology, em Melbourne, Austrália. Em 2018 foram realizadas visitas acadêmicas e

científicas em laboratórios de pesquisa e desenvolvimento. Foi proposto um projeto SPRINT que,

entretanto, não foi aprovado pela Swinburne University. Entretanto, continuamos interagindo com os

pesquisadores daquela Universidade, em particular com o Professor Ryszard Kowalczyk, Wipro Chair

of Artificial Intelligence, diretora da Swinburne Key Lab for Intelligent Software Systems da School of

Software and Electrical Engineering, com quem pretendemos atuar conjuntamente neste projeto.

Futuramente, em 2020, pretendemos passar entre 30 e 60 dias na Swinburne University como parte das

atividades de um ano sabático.

O projeto que vem sendo discutido visa o desenvolvimento e uso de modais sustentáveis de

geração de energia, como energia solar, eólica ou de biomassa, e a necessidade de otimizar o consumo

para permitir que estes novos modais possam se tornar economicamente viáveis como parte da nova

matriz energética. Tal eralização demanda a utilização de técnicas avançadas de mineração de dados e

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

49

de inteligência analítica para o gerenciamento, o planejamento e a tomada de decisão em

empreendimentos de energia inteligente. Neste trabalho estudaremos e desenvolveremos o uso de

redes sensoras e monitoramento remoto para investigar as assinaturas comportamentais de geradores

de energia elétrica por biomassa (biogás e etanol) em projetos de geração e consumo distribuídos para

atender tanto projetos de segurança energética contra falha na rede de distribuição, como de

fornecimento complementar de energia para atendimento de demanda em intervalos de consumo na

ponta. Com a análise dos dados esperamos produzir mapas de recomendação tanto para operação

assistida como para operação autônoma de sistemas de geração e fornecimento de energia.

Outras atividades em desenvolvimentos relacionadas ao Projeto

Implantação do Painel LabREI

Atividade coordenada pelo Dr. João I. Y. Ota

A infraestrutura do Laboratório de Redes Inteligentes tem como seu principal equipamento um

painel de interconexões que reproduz uma rede elétrica em escala reduzida, denominada de Painel

LabREI, com o objetivo de emular uma microrrede ou uma rede elétrica inteligente em ambiente

laboratorial onde o comportamento de seus diversos agentes poderá ser observado e estudado de

maneira controlada. Realizou-se um projeto para a montagem do Painel LabREI, o qual foi realizado

por uma empresa terceirizada. Após um processo de seleção, a construção da estrutura física iniciou-se

em seguida por uma nova empresa. A seguir apresenta-se um diagrama contendo os principais

elementos do Painel LabREI.

O Painel LabREI consiste de uma estrutura capaz de emular uma rede trifásica com quatro fios,

distribuído em 13 barras, com a possibilidade de emular uma rede radial ou anel. A figura a seguir

apresenta a parte externa do Painel LabREI, vista frontal e vista da lateral direita.

Situação atual das instalações do LabREI

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

50

Visão conceitual da rede experimental do LabREI

Vista frontal (esquerda) e vista lateral direita (direita) do Painel LabREI.

Montaram-se três compartimentos para o Painel LabREI, no qual em dois localizam-se as treze

barras com o acesso para a rede e para o agente (produtor ou consumidor), e no compartimento

restante serão montadas as estruturas responsáveis pelo sistema de controle, gerenciamento e

configuração. Em cada barra, o acesso à rede de distribuição pela carga (linear ou não-linear) ou pela

fonte de energia renovável (emulada por fontes programáveis ou de fontes reais) é controlado através

de contatores, e é disponibilizado espaço e estrutura para a instalação de Medidores Inteligentes, os

quais podem ser equipamentos comerciais ou desenvolvidos dentro do contexto do projeto temático.

O acesso das cargas e inversores ao Painel LabREI é realizado através de tomadas trifásicas

industriais, as quais fornecem uma maior segurança na conexão e permitem flexibilização na

composição das cargas e fontes, monofásicas ou trifásicas. Estabeleceu-se o uso de cabos singulares de

35 mm2 para a interconexão entre as barras.

Bidirectional Programable

Three-phase

100 kVA supply Utility interface

Grid former

B 3 B 2 B 5 B 6 B 7

B 9 B 10 B 11 B 4

B 1 G 1

P

Q

H Prosumer unity Intelligent meter

DC/A

C

PV or Battery

Load

P Q H

Prosumer unity Intelligent meter

PV or Battery

Load

DC/AC

P Q H

Prosumer unity Intelligent meter

DC/AC PV or Battery

Load

B8

PU PU

P Q H

Intelligent meter

DC/AC

Battery

PU

P Q H

Prosumer unity Intelligent meter

DC/

AC PV or Battery

Load PU: “Prosumer” unity

Grid controller unity

B 12 B13

PU PU

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

51

Os cabos são distribuídos em eletrocalhas localizadas acima do Painel LabREI, e estendem-se

por cerca de 12 metros ao longo da estrutura física do LabREI. Cada lance de cabos entre duas barras

tem cerca de 25 m de comprimento. Além da instalação de cabos de energia e equipamentos de

manobra, prevê-se um sistema de gerenciamento, configuração, validação de medidas e

monitoramento da rede, o qual será realizado majoritariamente pelo sistema cRIO™ (Compact

Reconfigurable Input Output) da National Instruments®, juntamente com placas específicas para a

aquisição de dados e sinais de controle dos dispositivos de manobra.

Prevê-se também um servidor para o armazenamento e processamento dos dados adquiridos pelo

sistema cRIO™ e placas de aquisição, além dos dados adquiridos pelos Medidores Inteligentes. O

mesmo servidor permitirá o acesso externo e seguro ao Painel LabREI pelas universidades parceiras,

através de validação de usuário e senhas.

A estrutura está em fase final de construção. O servidor e o sistema o sistema cRIO™ já foram

comprados e estão em fase de instalação e configuração, assim como os demais módulos de estruturas

de controle, configuração e monitoramento do Painel LabREI, o qual inclui a inserção de placas de

aquisição de corrente e tensão no ponto de acesso à rede de cada barra. A parte elétrica está

praticamente finalizada, destacando-se o acesso a dois inversores fotovoltaicos (monofásico e trifásico)

que permitem a possibilidade de uso direto de fontes de energias renováveis no Painel LabREI. A

chave de comutação permite que a energia produzida por 51 painéis fotovoltaicos (cerca de 15 kW)

seja entregue à rede elétrica convencional quando não é utilizada pelo Painel LabREI. Tomadas

trifásicas industriais foram instaladas para a alimentação das fontes programáveis.

Apresentam-se a seguir o detalhe de uma estrutura individual de uma barra, a instalação do

painel elétrico junto com a conexão aos inversores fotovoltaicos, e a placa de aquisição.

Detalhe de uma barra individual do Painel LabREI (esquerda) e painel elétrico e acesso aos inversores

fotovoltaicos (direita).

Sistema de Monitoramento de Correntes e Tensões para Microrrede do LabREI

Estão em desenvolvimento as definições de software necessárias para gerenciamento dessa

estrutura. Adicionalmente, um artigo com a descrição de montagem e operação está sendo formatado

para submissão na revista Hardware-X da Elsevier, o qual servirá como manual para os usuários do

sistema.

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

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Comando digital Condicionamento analógico Medição de tensão de corrente de cada barramento.

Inversor Modular de Alta Frequência para Microrredes e Sistemas Elétricos Aeronáuticos

Atividades desenvolvidas pelos doutorandos J. F. Guerreiro e H. Guillardi Jr.

O desenvolvimento do inversor apresentou avanços desde a primeira versão. A meia ponte

apresentada no relatório 1 foi expandida para duas pontes completas. Durante a operação, cada meia

ponte suportou tensões e correntes de pico na ordem de 450 V / 50A. No entanto, a operação em ponte

completa ainda apresenta desafios, pois as comutações de um braço afeta a dinâmica do outro. Uma

nova versão está em fabricação e será apresentada oportunamente.

O detalhamento do projeto do inversor, bem como a discussão sobre os avanços e adversidades

serão apresentadas no artigo submetido para a 15th Brazilian Power Electronics Conference

(COBEP/SPEC):

J. F. Guerreiro, H. G. Júnior and J. A. Pomílio, “Design procedures and prototyping of a

FET-based high frequency power inverter.” COBEP/SPEC 2019.

Protótipo em versão 3D do inversor Bancada de teste do inversor (ao centro)

Desenvolvimento de Placa de Controle Para Inversor Modular De Alta Frequência

Atividades desenvolvidas pelos doutorandos J. F. Guerreiro e H. Guillardi Jr.

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

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Seguindo o desenvolvimento do inversor, uma placa foi realizada para aplicações de comando e

controle. Sendo compatível com os DSPs da linha F283xx da Texas Instruments, a placa possibilita:

comando de três pontes completas, aquisição de oito sinais de tensão e oito de corrente, acionamento

de cinco relés/contatores, comunicação RS232, CAN, SPI e I2C e conexão com a rede de dados via

ethernet. O diferencial desta placa está no uso da plataforma Beaglebone black, através da qual é

possível comunicar o conversor à internet, criar interfaces de alto nível e processamento. A

comunicação dos inversores é fundamental para possibilitar a operação cooperativa em uma

microrrede, uma vez que, viabiliza o compartilhamento de potência, bem como ações de controle para

estabilizar o sistema.

Placa de controle com entradas analógicas e comunicação ethernet

Desenvolvimento do Medidor de Energia

Atividades desenvolvidas pelos doutorandos J. F. Guerreiro e H. Guillardi Jr.

O medidor de energia apresentado no relatório anterior foi construído e está em fase de testes de

software, vide figura a seguir. Este medidor será conectado na microrrede para fazer a aquisição de

dados das formas de onda de tensão e corrente, as quais serão disponibilizadas via servidor. Os dados

gerados poderão ser utilizados para estudos de teorias de potência, estabilidade, desagregação de

cargas, qualidade da energia, eficiência energética, dentre outros.

Protótipo de medidor inteligente Amostragem de tensão realizada com o medidor

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

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Atualização estrutural do Laboratório de Condicionamento de Energia Elétrica (LCEE)

Houve atualizações na estrutura do Laboratório de Condicionamento de Energia Elétrica

(LCEE), com o objetivo de adequar-se às atividades de suporte ao LabREI. Finalizou-se a reforma

estrutural (física e elétrica) no início de 2019, e deslocou-se bancadas e equipamentos para o local.

Também se aperfeiçoou a bancada para a construção e soldagem de protótipos que utilizam-se da

tecnologia SMD, adequados para as aplicações modernas de eletrônica de potência.

Espera-se que parte das pesquisas do LCEE seja voltada para conversores eletrônicos de potência

(CEPs) para aplicações de redes inteligentes e microrredes. Uma vez validados em laboratório e em

operação “stand-alone” (CEP conectado a uma fonte), os CEPs podem ser imediatamente testados em

ambientes complexos de redes elétricas, possibilitados pela estrutura do Painel LabREI, dessa forma

permitindo a verificação de situações adversas nas quais o teste “stand-alone” do CEP não é capaz de

reproduzir.

Laboratório de Condicionamento de Energia Elétrica: após a reforma estrutural (esquerda), e com a volta dos

equipamentos e bancadas (direita).

Nova estação de solda SMD.

Conclusões do Relatório do 2º ano de atividades

As atividades estruturais do projeto, especialmente a implantação do LabREI, seguem dentro do

cronograma estabelecido.

As atividades realizadas pelo conjunto de pesquisadores e seus orientandos é bastante

satisfatória, como pode se verificar pelos aspectos quantitativos de publicações e trabalhos de

conclusão. No que se refere a teses e dissertações espera-se um aumento na produção nos próximos

anos, em função do amadurecimento dos temas de pesquisa, especialmente nos doutorados.

Com a disponibilização da infraestrutura do laboratório espera-se incrementar as atividades

interdisciplinares, que é um dos focos deste projeto.

As colaborações internacionais têm se intensificado, com a consolidação daquelas presentes

desde a proposição do projeto (Univ. de Pádua, Colorado School of Mines e Norwegian University of

Science and Technology) e com novas parcerias estabelecidas ou em tratativas com a Swinburne

University e com o Royal Melbourne Institute of Technology, ambos na Austrália.

PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 2

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Também as parcerias nacionais com pesquisadores de diversas Universidades Federais têm sido

muito produtivas e devem seguir com intensa colaboração.

Além de tais parcerias acadêmicas o Projeto tem contado com importantes colaborações

industriais, como da PHB Solar e da SEW, com a doação de equipamentos. Além disso, o Projeto tem

se beneficiado de projetos de P&D com a CPFL Energia, em andamento na Unicamp, havendo uma

grande probabilidade de, a partir de 2020, contar com recursos adicionais para o LabREI por conta de

um novo projeto na área de microrredes.

Em relação aos recursos, conforme explicitado no relatório da Prestação de Contas apresentado à

equipe do Projeto, houve uma despesa mais elevada do que a inicialmente prevista para a realização do

painel de interconexões. Com isso as despesas de custeio precisarão ser dimensionadas com maior

atenção para permitir o funcionamento do projeto pelos próximos três anos.

Especialmente com a boa reserva de recursos de Benefícios Complementares, acredita-se ser

possível tal encaminhamento, embora seja desejável que os pesquisadores busquem, por meio de

apoios à pesquisa individuais, ampliar os recursos de custeio.