Contribuições à modelagem, controle e integração de dispositivos fotovoltaicos a sistemas elétricos de potência

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dc.contributor.advisor1Vieira, Flávio Henrique Teles
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0920629723928382
dc.contributor.referee1Vieira, Flávio Henrique Teles
dc.contributor.referee2Palhares, Reinaldo Martinez
dc.contributor.referee3Kopcak, Igor
dc.contributor.referee4Negrete, Lina Paola Garcés
dc.contributor.referee5Belchior , Fernando Nunes
dc.creatorCorrêa, Henrique Pires
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/4838937076927210
dc.date.accessioned2023-11-27T10:30:33Z
dc.date.available2023-11-27T10:30:33Z
dc.date.issued2023-11-03
dc.description.abstractThe prominence attained by photovoltaic (PV) power generation among the various available renewable energy resources has led to the need of analyzing and engineering such technology at a wide range of implementation scales, beginning from the electrical characteristics of PV cells, passing through the local control of PV generation systems, up to the massive integration of PV resources to wider electrical power systems, such as the distribution grid. This thesis is divided into three parts, each of which presents novel contributions to the study of PV systems in the three aforementioned scales of analysis. In the first part, analytical modeling of PV cell current-voltage (I-V) characteristics by means of explicit closed-form equations is addressed. A new piecewise quadratic model is proposed, which is shown to perform either better or comparably, for different solar cells, to state-of-the-art models in terms of accuracy. Two methods are established for computing the model parameters: the first one is analytical and only requires datasheet information, whereas the second one uses linear-complexity optimization with respect to I-V samples in order to further improve accuracy. In the second part, the problem of maximum power point tracking (MPPT) in two-stage PV systems is considered. First, a new hybrid MPPT method which uses direct duty cycle control for enhanced tracking efficiency is developed for grid-tied systems. Then, an analytical MPPT approach for single-phase off-grid variable-voltage systems is presented and subsequently generalized to consider current harmonics and three-phase loads. Both proposed MPPT methods are shown, by means of simulation, to perform better than existing methods with similar implementation complexities. In the third part, voltage control of distribution systems with photovoltaic penetration by means of PV inverter reactive power support is studied. Three novel decentralized methods for controlling the inverter reactive power setpoints are proposed. The first method considers voltage measurements are available at each PV inverter and consists in the heuristic specification of a cooperative decentralized Markov decision process (MDP), whose offline solution yields voltage control policies to be carried out by the grid zone controllers. On the other hand, the second method assumes voltage measurement and computational resources are scarce and establishes a decentralized strategy which only uses two voltage measurements per control zone and is directly compatible with droop-type controls usually found in PV inverters. At last, a third method is presented which combines cooperative MDP, droop control and a switching mechanism for achieving a compromise between voltage regulation and reduction of active power losses. All methods are compared to similar existing approaches, via simulations with real irradiance profiles in a large distribution grid, yielding favorable performances.eng
dc.description.provenanceSubmitted by Marlene Santos (marlene.bc.ufg@gmail.com) on 2023-11-17T21:24:59Z workflow start=Step: editstep - action:claimaction No. of bitstreams: 2 Tese - Henrique Pires Corrêa - 2023.pdf: 30028468 bytes, checksum: 53ca951bfd16072183628a7429471ccd (MD5) license_rdf: 805 bytes, checksum: 4460e5956bc1d1639be9ae6146a50347 (MD5)en
dc.description.provenanceStep: editstep - action:editaction Rejected by Luciana Ferreira(lucgeral@gmail.com), reason: Marlene veja com a Cláudia a questão do título no TECA, ata e ficha catalográfica, estarem em português, sendo que a tese ( quase no total )está em inglês. Observe como digitou os títulos em português e inglês, todas palavras começando com letra maiúscula. on 2023-11-20T13:17:52Z (GMT)en
dc.description.provenanceSubmitted by Marlene Santos (marlene.bc.ufg@gmail.com) on 2023-11-24T18:08:22Z workflow start=Step: editstep - action:claimaction No. of bitstreams: 2 Tese - Henrique Pires Corrêa - 2023.pdf: 30028468 bytes, checksum: 53ca951bfd16072183628a7429471ccd (MD5) license_rdf: 805 bytes, checksum: 4460e5956bc1d1639be9ae6146a50347 (MD5)en
dc.description.provenanceStep: editstep - action:editaction Approved for entry into archive by Luciana Ferreira(lucgeral@gmail.com) on 2023-11-27T10:30:33Z (GMT)en
dc.description.provenanceMade available in DSpace on 2023-11-27T10:30:33Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Tese - Henrique Pires Corrêa - 2023.pdf: 30028468 bytes, checksum: 53ca951bfd16072183628a7429471ccd (MD5) license_rdf: 805 bytes, checksum: 4460e5956bc1d1639be9ae6146a50347 (MD5) Previous issue date: 2023-11-03en
dc.description.resumoA proeminência alcançada pela geração fotovoltaica (FV), dentre as várias fontes de energia renováveis disponíveis, conduz à necessidade de análise e projeto desta tecnologia em uma ampla variedade de escalas para implementação, desde as características elétricas de células FV, passando pelo controle local dos sistemas de geração FV, até a integração massiva de fontes FV a sistemas elétricos de potência de grande porte, como a rede de distribuição. Esta tese é dividida em três partes, cada uma das quais apresenta novas contribuições ao estudo de sistemas FV nas três escalas de análise supracitadas. Na primeira parte, é abordada a modelagem analítica da característica corrente-tensão (I-V) da célula FV por meio de equações explícitas e em forma fechada. Um novo modelo quadrático por partes é proposto, cuja acurácia revela-se superior ou comparável, a depender da célula FV considerada, àquelas de modelos do estado da arte. Dois métodos são desenvolvidos para o cálculo dos parâmetros de modelo: o primeiro é analítico e requer apenas informações do datasheet, enquanto o segundo utiliza otimização de complexidade linear com relação a amostras I-V para refinar a acurácia do modelo. Na segunda parte, o problema de rastreamento do ponto de máxima potência (RPMP) em sistemas FV de dois estágios é considerado. Primeiramente, é desenvolvido um novo método híbrido de RPMP, para sistemas conectados à rede, que utiliza controle direto do ciclo de trabalho com vistas à melhoria da eficiência de rastreamento. Em sequência, um método RPMP analítico para sistemas monofásicos desconectados da rede e de tensão variável é proposto e, subsequentemente, generalizado para harmônicos de corrente e cargas trifásicas. É demonstrado, por meio de simulação, que ambos métodos de RPMP entregam desempenhos superiores aos de métodos existentes com complexidades de implementação similares. Na terceira parte, o controle de tensão em redes de distribuição com penetração fotovoltaica por meio do suporte de reativo dos inversores FV é estudado. Três novos métodos para controle descentralizado dos pontos de ajuste da potência reativa dos inversores são propostos. O primeiro método considera que medidas de tensão estão disponíveis em cada inversor PV e consiste na especificação heurística de um processo de decisão de Markov (PDM) descentralizado, cuja solução offline provê políticas para controle de tensão a serem seguidas pelos controladores de área da rede. Por outro lado, o segundo método assume que recursos computacionais e para medição de tensão são escassos e estabelece uma estratégia descentralizada que utiliza apenas duas medidas de tensão por área de controle e é diretamente compatível com controles de tipo droop usualmente encontrados em inversores FV. Por fim, é apresentado um terceiro método que combina PDM cooperativo, controle droop e um mecanismo de chaveamento visando o balanceamento dos objetivos de regulação de tensão e redução das perdas de potência ativa. Todos os métodos são comparados a abordagens similares existentes na literatura, via simulações considerando perfis de irradiância reais em uma rede de distribuição ampla, provendo desempenhos favoráveis.
dc.identifier.citationCORRÊA, H. P. Contribuições à modelagem, controle e integração de dispositivos fotovoltaicos a sistemas elétricos de potência. 2023. 239 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e da Computação) - Escola de Engenharia Elétrica, Mecânica e de Computação, Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2023.
dc.identifier.urihttp://repositorio.bc.ufg.br/tede/handle/tede/13150
dc.languageeng
dc.publisherUniversidade Federal de Goiás
dc.publisher.countryBrasil
dc.publisher.departmentEscola de Engenharia Elétrica, Mecânica e de Computação - EMC (RMG)
dc.publisher.initialsUFG
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Engenharia Elétrica e da Computação (EMC)
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectPhotovoltaic systemeng
dc.subjectModelingeng
dc.subjectMaximum power point trackingeng
dc.subjectVoltage controleng
dc.subjectLoss reductioneng
dc.subjectAnalytical methods, decentralized controleng
dc.subjectSistema fotovoltaicopor
dc.subjectModelagempor
dc.subjectRastreamento do ponto de máxima potênciapor
dc.subjectControle de tensãopor
dc.subjectRedução de perdaspor
dc.subjectMétodos analíticospor
dc.subjectControle descentralizadopor
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::SISTEMAS ELETRICOS DE POTENCIA
dc.titleContribuições à modelagem, controle e integração de dispositivos fotovoltaicos a sistemas elétricos de potência
dc.title.alternativeContributions to modeling, control and integration of photovoltaic devices to electrical power systemseng
dc.typeTese

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