Sistema de potência com geração fotovoltaica centralizada: análise de estabilidade a pequenas perturbações e projeto de controle

Abstract

O crescimento da participação das Centrais Geradoras Fotovoltaicas (UFVs) na matriz elétrica modifica as características dinâmicas do sistema interligado e leva à necessidade de estudos que identifiquem os impactos causados por esta maior penetração. Deste modo, o objetivo desta dissertação consiste em analisar o desempenho dinâmico de um Sistema Elétrico de Potência (SEP) sob diferentes níveis de penetração de geração de uma UFV e propor estratégias de controle que possam mitigar o impacto negativo da UFV. Para isto, é utilizado como sistema teste um sistema com duas áreas conectadas, onde a UFV é inserida na área de exportação de potência. O desempenho não-linear no tempo do modelo dinâmico da UFV, utilizado neste trabalho, é apresentado e a análise de estabilidade a pequenas perturbações é realizada. Com esta análise, percebe-se que o aumento da penetração de geração da UFV reduz o amortecimento do sistema ? em especial, do modo de oscilação interárea ? e duas estratégias de controle são sugeridas para fornecer amortecimento extra ao sistema: a adição de um controle suplementar Power Oscillation Damping (POD) para modulação de tensão da UFV; e um projeto de controle coordenado para ajuste dos Power System Stabilizer (PSS) do sistema e do POD. Estas estratégias são baseadas na otimização não-convexa e não-suave de índices de desempenho, como a abscissa espectral e a norma H8, e no posicionamento de polos. As duas estratégias se mostraram eficazes para a manutenção do amortecimento do modo interárea, com destaque para a técnica de posicionamento de polos relacionada ao projeto de controle coordenado.

Abstract: The increase in the participation of Utility-scale Solar Photovoltaic Power Plants (UFVs) in the electrical matrix modifies the dynamic characteristics of the interconnected system and leads to the need for studies that identify the impacts caused by this greater penetration. In this way, the aim of this dissertation is to analyze the dynamic performance of an Electric Power System (SEP) under different penetration levels of a UFV generation and to propose control strategies that can mitigate the negative impact of UFV. For this, a system with two connected areas is used as a test system, where UFV is inserted in the power export area. The non-linear performance over time of the UFV dynamic model, used in this work, is presented and the small signal stability analysis is performed. With this analysis, it is noticed that the increased penetration of UFV generation reduces the damping of the system ? in particular, of the inter-area oscillation mode ? and two control strategies are suggested to provide extra damping to the system: the addition of a supplementary control Power Oscillation Damping (POD) for voltage modulation at UFV; and a coordinated control project to adjust the system?s Power System Stabilizers (PSS) and POD. These strategies are based on the nonconvex and nonsmooth optimization of performance indices, such as the spectral abscissa and the H8 norm, and on the pole placement control. Both strategies proved to be effective for maintaining damping in the interarea mode, with emphasis on the pole placement control related to the coordinated control project.