Análise e validação do controle de corrente em uma microrrede utilizando o simulador PLECS

Abstract

O crescente avanço da geração distribuída evidencia a importância das microrredes como alternativa para integrar recursos energéticos distribuídos (REDs) aos sistemas de distribuição. Este trabalho apresenta o projeto, a modelagem e a análise por simulação de uma microrrede em baixa tensão, com foco na validação das estratégias de controle dos conversores que a compõem. A arquitetura do sistema é baseada em uma topologia consolidada na literatura, compreendendo um retificador ativo trifásico bidirecional, um inversor trifásico atuando como interface principal (UI) e um inversor monofásico representando um RED. A implementação dos modelos no software PLECS partiu de bases disponibilizadas pela comunidade acadêmica nacional, que foram significativamente adaptadas para atender aos propósitos deste estudo. Os resultados das simulações demonstram a eficácia do controle implementado, iniciando pela correta operação do algoritmo Phase-Locked Loop (PLL), que manteve o sincronismo com a rede mesmo frente a distúrbios, rastreando o ângulo de fase em aproximadamente um ciclo. Validou-se o controle de corrente e a efetividade do termo de desacoplamento, que garantiu a independência das componentes dq. Por fim, comprovou-se a operação bidirecional do retificador, com a inversão do fluxo de potência no ponto de acoplamento comum (PAC), e a capacidade do inversor trifásico de injetar potência ativa e reativa de forma controlada na rede. Conclui-se que os controladores projetados conferiram ao sistema uma operação estável, atingindo os objetivos de controle tais como robustez e desempenho dinâmico frente a perturbações típicas de operação, como variações abruptas de carga e distúrbios na rede elétrica.

The growing advancement of distributed generation highlights the importance of microgrids as an alternative for integrating distributed energy resources (DERs) into distribution systems. This work presents the design, modeling, and simulation-based analysis of a low-voltage microgrid, focusing on validating the control strategies of its power converters. The system architecture is based on a well-established topology from the literature, comprising a bidirectional three-phase active rectifier, a three-phase inverter acting as the main utility interface (UI), and a single-phase inverter representing a DER. The implementation of the models in PLECS software started from bases made available by the national academic community, which were significantly adapted for the purposes of this study. Simulation results demonstrate the effectiveness of the implemented control, starting with the proper operation of the PLL algorithm, which maintained grid synchronization even under disturbances, tracking the phase angle in approximately one cycle. The current control and the effectiveness of the decoupling term were validated, ensuring the independence of the dq components. Finally, the bidirectional operation of the rectifier was proven, with the reversal of power flow at the point of common coupling (PCC), and the ability of the three-phase inverter to inject active and reactive power into the grid in a controlled manner was confirmed. It is concluded that the designed controllers provided the system with stable operation, achieving control objectives such as robustness and dynamic performance in the face of typical operational disturbances, such as abrupt load variations and electrical grid disturbances.