Consulte em baixo os principais avanços realizados no desenvolvimento dos trabalhos da dissertação.
Semana 1 (16 a 22 de Fevereiro)
- Revisão bibliográfica no âmbito da estabilidade em sistemas elétricos de energia.
- Dimensionamento e estratégias de controlo de dispositivos de armazenamento de energia para suporte da operação de redes isoladas.
- Presente e futuro da integração de tecnologias renováveis (caso particular de redes isoladas).
- Participação de tecnologias renováveis na regulação primária de frequência em sistemas elétricos de energia.
Semana 2 (23 a 1 de Março)
- Estratégias de regulação de frequência face à ocorrência de perturbações em redes isoladas – o papel dos conversores CC/CA baseados em eletrónica de potência.
- Modos de funcionamento de conversores de potência : modo PQ e modo VSI (conceitos adaptados da operação de micro-redes).
Semana 3 (2 a 8 de Março)
- Revisão bibliográfica no âmbito das técnicas de avaliação de segurança em redes elétricas isoladas com forte integração de fontes renováveis.
- Início da escrita do estado da arte. Desenvolvimento dos seguintes tópicos:
- Integração de Energias Renováveis em Redes Isoladas – caracterização e desafios operacionais (estabilidade de frequência e de tensão);
- Sistemas de Armazenamento de Energia – caracterização, descrição de tecnologias, aplicabilidade em redes isoladas, interface com a rede e estratégias de controlo de inversores (modo PQ e modo VSI).
Semana 4 (9 a 15 de Março)
- Continuação da escrita do estado da arte:
- Consolidação dos tópicos anteriormente iniciados;
- Adição de um novo tópico: Avaliação de Segurança da Operação de Redes Isoladas com Elevada Integração de Fontes Renováveis.
Semana 5 (16 a 22 de Março)
- Conclusão do Capítulo da dissertação relativo ao Estado da Arte.
- Principais Resultados Alcançados:
- Caracterização do paradigma atual da integração de fontes renováveis em redes isoladas e identificação dos principais desafios operacionais resultantes;
- Estabilidade das redes isoladas depende de:
- Resposta inercial face à ocorrência de perturbações;
- Amplitude/severidade de perturbações;
- Variabilidade das fontes renováveis;
- Reserva girante do sistema;
- Interligação a sistemas vizinhos limitada (ou inexistente).
- Principais restrições à integração de renováveis em redes isoladas:
- Baixa potências de curto-circuito destes sistemas;
- Necessidade de funcionamento permanente de grupos convencionais;
- Número reduzido de máquinas que asseguram os serviços de sistema;
- Incapacidade das fontes renováveis na contribuição para os serviços de sistema;
- Capacidade de armazenamento de energia insuficiente;
- Variabilidade sazonal significativa de recursos hídricos, eólicos, entre outros;
- Dificuldade na previsão da produção renovável.
- Estabilidade das redes isoladas depende de:
- Identificação de mecanismos de participação de fontes renováveis nos serviços de regulação de redes isoladas;
- Caracterização e aplicabilidade dos sistemas de armazenamento de energia em sistemas elétricos e caso particular das redes isoladas;
- Caracterização e descrição dos modos de controlo de inversores de interface do armazenamento a redes isoladas: fonte de corrente controlada por tensão (modo PQ) e fonte de tensão (modo VSI);
- Identificação e apresentação das principais técnicas de avaliação e controlo de segurança dinâmica de operação em redes isoladas: (1) ferramentas analíticas convencionais e (2) técnicas de aprendizagem automática (árvores de regressão e redes neuronais artificiais).
- Caracterização do paradigma atual da integração de fontes renováveis em redes isoladas e identificação dos principais desafios operacionais resultantes;
Semana 6 (23 a 29 de Março)
- Exploração da biblioteca virtual SimPowerSystems do Matlab / Simulink, partindo de um modelo pré-estabelecido de um caso de estudo de um pequeno sistema composto por dois grupos síncronos convencionais, um parque eólico com máquinas de indução simples e cargas;
- Pesquisa bibliográfica no âmbito de modelos de simulação de pequenos sistemas elétricos isolados com integração de fontes renováveis e conversores eletrónicos.
Semana 7 (30 de Março a 5 de Abril)
- Continuação da pesquisa bibliográfica anteriormente iniciada no âmbito da simulação computorizada de modelos de pequenos sistemas elétricos;
- Pequenas atualizações ao capítulo do Estado da Arte em função da revisão de alguma da bibliografia anteriormente considerada, bem como de novos documentos pesquisados.
Semana 8 (6 a 12 de Abril)
- Identificação e implementação de modelos de simulação de controlo do inversor de interface à rede. Inicialmente o sistema será implementado com base no pequeno caso de estudo anteriormente analisado. O inversor será ligado em paralelo com o sistema elétrico e será modelizado levando em consideração duas estratégias de controlo distintas:
- Inversor no modo PQ (fonte de corrente controlada por tensão) – inversor implementado através do bloco “Three-Phase Dynamic Load“, no modo de simulação “fasorial” (phasor) da biblioteca SimPowerSystems do Matlab / Simulink. Este bloco simula uma fonte de corrente, admitindo o controlo externo dos valores de P e de Q especificados (setpoint) a injetar/absorver na rede. O setpoint é definido por um sistema de controlo externo que define P e Q com base em características de estatismo clássicas: P-f e Q-V;
- Inversor no modo VSI (Voltage Source Inverter – fonte de tensão) – inversor implementado através do conjunto de 3 blocos “Controlled Voltage Source“, no modo “contínuo” (continuous) da biblioteca SimPowerSystems do Matlab / Simulink. Este arranjo simula uma fonte de tensão de comportamento análogo ao de uma máquina síncrona convencional. A tensão será controlada em magnitude e fase pela implementação de uma malha de controlo que mede grandezas elétricas aos seus terminais e, com base em características de estatismo clássicas, regula a tensão aos seus terminais.
- Pesquisa de documentação que caracterize aspetos técnicos do sistema eletroprodutor, transporte e distribuição, bem como de comportamentos de consumo, associados com o sistema elétrico de cada uma das ilhas do arquipélago dos Açores, com o objetivo de selecionar e preparar o caso de estudo a simular.
Semana 9 (13 a 19 de Abril)
- Continuação do desenvolvimento dos modelos de simulação por recurso ao Matlab / Simulink. Principais observações efetuadas:
- Modelo do inversor operado no modo PQ implementado com sucesso. Após ligação súbita de uma carga de elevada potência, a potência injetada na rede pelo inversor consegue reduzir o desvio máximo do valor da frequência do sistema em relação ao caso base. No caso inicial, a frequência caía para 48,7 Hz aquando da súbita ligação da carga. Quando o inversor no modo PQ se encontra ligado em paralelo com a rede, para a mesma perturbação a frequência não caí para além de 49,4 Hz. A capacidade de regulação de frequência para este tipo de estratégia de controlo do inversor verifica-se comprovada;
- Modelo do inversor operado no modo VSI ainda em desenvolvimento.
- Após consulta de documentação variada, a ilha da Região Autónoma dos Açores que constituirá o caso de estudo será a ilha de Santa Maria. Esta ilha possui 6 grupos térmicos convencionais (total de 6407 kW) e um parque eólico com 5 aerogeradores (total de 1500 kW). O principal motivo da escolha baseia-se no valor do vazio anual do sistema elétrico da ilha, o qual foi de 1601 kW em 2013. Este cenário permite assumir para efeitos de estudo que, por vezes, existirá elevada penetração de produção eólico neste período de baixo consumo, o que pode comprometer a estabilidade do sistema. É precisamente neste período de operação que se pretende averiguar o papel de sistemas de armazenamento na melhoria das condições de estabilidade de redes isoladas. A informação utilizada será extraída do documento “Caracterização das Redes de Transporte e Distribuição de Energia Elétrica da Região Autónoma dos Açores”, publicado a 31 de Março de 2015 e disponível em:
http://www.eda.pt/Regulacao/Lists/Caraterizacao de Redes/Attachments/33/CARE EDA 2014.pdf
Semana 10 (20 a 26 de Abril)
- Definição do cenário base de trabalho para as simulações a realizar no Matlab / Simulink. O sistema é considerado em funcionamento com 3 grupos térmicos convencionais (G1 e G2 com 1811 kVA e G3 com 625 kVA), uma carga de 2000 kW e produção éolica de 500 kW. Inicialmente, G1 e G2 encontram-se a produzir 600 kW cada um e G3 cerca de 300 kW. O objetivo será o de simular o comportamento dinâmico da rede elétrica (particularmente, ao nível da evolução temporal da frequência) face à perda de G2 e G3, bem como à redução da produção eólica até zero kW, ao longo de umas dezenas de segundos.
- Conclusão da implementação do inversor operado no modo “VSI”. Foi simulado um cenário de produção/consumo para o qual a saída de 2 máquinas síncronas leva ao colapso do sistema por instabilidade de frequência e ainda a perda de significativa capacidade de produção eólica. O VSI de +/- 2000 kW, quando em funcionamento, impede que o valor instantâneo da frequência desça para além de 49,6 Hz, provando a eficácia desta estratégia de controlo.
Semana 11 (27 de Abril a 3 de Maio)
- Pequenas alterações no modelo do inversor operado no modo PQ. O modelo completo implementado no Matlab / Simulink pode ser consultado na figura seguinte: [Not a valid template]
- Conclusão do modelo do inversor operado no modo VSI. O Modelo completo pode ser consultado na figura:
- Definição e construção dos diversos cenários de estudo para simulação do sistema elétrico da ilha de Santa Maria (RAA). Detalhes de tais cenários podem ser consultados na ata da 6ª reunião com o orientador, realizada no dia 29 de abril;
- Adição de uma nova secção ao Capítulo do Estado da Arte: Cargas Controláveis e Regulação de Frequência.
Semana 12 (4 a 10 de Maio)
- Revisão bibliográfica no âmbito do conceito de cargas controláveis e sua participação na regulação de frequência em sistemas elétricos;
- Implementação do modelo funcional de um dispositivo de armazenamento de energia por recurso à ferramenta computacional Matlab / Simulink, com o objetivo de estudar os principais fatores/grandezas que importam aquando do respetivo dimensionamento, i.e. potência nominal, capacidade de armazenamento (energia) e declive da característica de estatismo (P-f droop);
Semana 13 (11 a 17 de Maio)
- Início da simulação da rede elétrica da Ilha de Santa Maria considerando o inversor de interface de sistemas de armazenamento de energia com a rede no modo PQ e modo VSI, considerando dois cenários de operação distintos. Arbitragem de vários parâmetros do inversor operado nos dois modos (p. ex. estatismo, ganho de inércia virtual (modo PQ)), por forma a perceber a sua influência na estabilidade dinâmica do sistema elétrico no âmbito da regulação primária de frequência;
- Criação e definição de três novos capítulos na escrita da dissertação (capítulos a desenvolver durante a simulação dos cenários de operação e aquando da respetiva análise de resultados):
- Capítulo 3 – Modelo Dinâmico do Sistema;
- Capítulo 4 – Desenvolvimento da Rede Elétrica da Ilha de Santa Maria em Ambiente Matlab / Simulink;
- Capítulo 5 – Avaliação da Utilização de Sistemas de Armazenamento de Energia para Melhoria das Condições de Estabilidade da Rede Elétrica da Ilha de Santa Maria.
Semana 14 (18 a 24 de Maio)
- Condução de várias simulações no âmbito dos cenários especificados para o caso em estudo. Registo dos resultados e análise crítica das observações efetuadas;
- Reestruturação da dissertação e início da escrita dos capítulos adicionados. A nova estrutura apresenta a seguinte organização:
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- Capítulo 3 – Modelo Dinâmico do Sistema;
- Capítulo 4 – Caracterização da Rede Elétrica da Ilha de Santa Maria;
- Capítulo 5 – Desenvolvimento da Rede Elétrica da Ilha de Santa Maria em Ambiente Matlab / Simulink;
- Capítulo 6 – Avaliação da Utilização de Sistemas de Armazenamento de Energia para Melhoria das Condições de Estabilidade da Rede Elétrica da Ilha de Santa Maria.
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Semana 15 (25 a 31 de Maio)
- Continuação da realização de simulações em ambiente Matlab / Simulink;
- Continuação da escrita do documento escrito da dissertação.
Semana 16 (1 a 7 de Junho)
- Continuação da escrita do documento escrito da dissertação.
- Criação de um novo cenário para o sistema teste com o objetivo de averiguar o comportamento de um inversor operado no modo VSI, quando sozinho em funcionamento na rede isoalda. Pormenores deste cenário podem ser consultados em http://paginas.fe.up.pt/~ee06179/DOWNLOADS/ATAS/ATA_9_4jun15.pdf
Semana 17 (8 a 14 de Junho)
- Criação de diversos elementos de suporte para a análise de resultados, i.e. gráficos e tabelas.
Semana 18 (15 a 21 de Junho)
- Continuação da escrita da dissertação e do Capítulo referente à análise de resultados.
Semana 19 (22 a 28 de Junho) - Finalização e Entrega
- Conclusão da escrita da dissertação;
- Revisão detalhada do documento a entregar;
- Entrega da versão provisória do documento escrito da dissertação;
- Atualização da página web com os principais resultados obtidos e disponibilização da versão provisória do documento escrito.