Workshop IEE-USP Mini/Micro-redes de Geração e Sistemas de ... · Engenharia Elétrica . 5 Estrelas ***** Guia do Estudante . ... Tektronix MSO 5104. Vcc2 Icc2 Pese Qese Pca Qca

Workshop IEE-USP Mini/Micro-redes de Geração e Sistemas de

Armazenamento de Energia Elétrica

UNESP – Universidade Estadual Paulista Laboratório de Eletrônica de Potência – LEP

Prof. Dr. Carlos Alberto Canesin Ilha Solteira (SP), Brasil

UNESP e FE/IS-Campus de Ilha Solteira

LEP – Laboratórios de Eletrônica de Potência

Infraestrutura Pesquisas/Ensaios Sistemas FV

Micro-rede LEP com GD FV e acumulação

Comentários Finais

Sumário

Universidade Estadual Paulista UNESP

A UNESP oferece 179 cursos de Graduação com duração de 4 a 6 anos, e 118 Programas de Pós-Graduação em praticamente todas as áreas de

conhecimento, em seus 24 campi (34 Faculdades e Institutos). Educação, Pesquisas e Desenvolvimento em 24 cidades distribuídas

em todas as regiões do Estado de São Paulo Programas Graduação: 179 Pós-Graduação: 118 Mestrado: 117 Mestrado Profissional: 6 Doutorado: 93 Estudantes Graduação: 35.666 Pós-Graduação: 11.043 Professores 3.553 (93% com Doutorado) Pessoal Administrativo 7.138

Campus 3 Ilha Solteira Engenharia Elétrica

5 Estrelas ***** Guia do Estudante

Nota 6 - CAPES Mestrado/Doutorado

GD: -20.399468, -51.357867 GMS: 20°23'58.1"S 51°21'28.3"W

• fttp://www.lep.dee.feis.unesp.br

Laboratórios de Eletrônica de Potência

Laboratórios de Eletrônica de Potência (aprox. 700m2)


Laboratório Experimental 1 LEP 1


Laboratório Experimental 1 LEP 1

Laboratório Experimental 2

LEP 2



LEP 2



LEP 2



Laboratório Experimental 3 - LEP 3






LEP 6: Laboratório Computacional

Plantas Geração Fotovoltaica Campus 3 Ilha Solteira, LEP

LEP 7: Grid FV IEE/USP-UNESP

Infraestrutura de Pesquisas e Ensaios Certificação Inversores



Equipamentos Principais LEP (Ensaios em Sistemas FV)

Descrição

Especificação do Equipamento

N° de Série

Conjunto de carga RLC monofásica Parwa Technology PV-RLC235-10K 14100002

Emulador de rede CA

California Instruments MX45-3-pi

1150A04474

Emulador de PV

TerraSAS ETS 600/25 (2 fontes)

1214A00654

Analisador de Qualidade de Energia

Yokogawa WT3000

91L328543

Analisador de Qualidade de Energia Yokogawa WT3000 Flicker option 91K100905

Cronômetro Digital Tektronix MSO 5104

C012576

Osciloscópio Digital

Tektronix MSO 5104

C012576

Conjunto de Carga RLC trifásica

Hilkar, LB.0.AC.RLC 42,5kVA

150101


Emulador fotovoltaicoTerra SAS ETS 600/25 (x2)

Analisador de qualidade de

energiaYokogawa WT3000

ESE

Carga RLC para testeanti-ilhamento

PARWA PV-RLC235-10K

Simulador de rede CACalifornia Instruments

MX45-3-PI

S1

Trigger S1

F

N

F

N

Osciloscópio DigitalTektronix MSO 5104

F

N

Vcc Icc

Pese Qese

Pca Qca



Trigger MX45

ESE

Layout Ensaios Inversores Monofásicos


Emulador fotovoltaicoTerra SAS ETS 600/25 (x2)



Carga RLCHILKAR

3x220V 60Hz 42,5kVA


MX45-3-PI

S1

Trigger S1

A

N

Osciloscópio DigitalTektronix MSO 5104

Vcc2 Icc2

Pese Qese

Pca Qca



Trigger MX45

Vcc1 Icc1



CH1

CH2

L1

Transformador380V – Y 220V - Δ


energiaFluke 435II

BC

A

N

BC

A

N

BC

A

N

BC

A NB C

L2L3

ESE

Layout Ensaios Inversores Trifásicos

Plantas de microGD FV e Eólica Monitoradas remotamente/LEP

Monitoramento remoto de Plantas de microgeração distribuída (P&D GD_Elektro).


Gerador Eólico de 6000W GRW555

16 painéis fotovoltaicos de 245 Wp cada Totalizando 3920 Wp

(Guarujá/SP) 6kW Eólico e 4kWp Fotovoltaico


Supplier(Fonte CC controlada)

6kWModo carregador

baterias

RDEE

Inversores grid-tie ou ilhado 3x3kW

(mestre/escravos)

Cargas locais controladas:Lineares e

Não LinearesSorensen

WEB

Roteador

L1L2L3N

PE

Cargas Locais monofásicas

Grupo 1

Cargas locais monofásicas

Parwa 10kVarGrupo 2

Cargas locais trifásicas

Hilkar 40kVarGrupo 3

4 6

9

API de previsão do tempoAuxílio no controle de acumulação

Inversores 3x4.6kW (13,8kW) com firmware LEP-UNESP

2x DSP Piccolo 28035

Programa de monitoramento e controle do fluxo de potências da planta GD

Visual Studio 2016 C#

Emulador fotovoltaicoTerra SAS ETS 600/25

8

2

Conj. De Baterias estacionárias

Bosch P5 3080 - 48V 165Ah

(3kVar)

3L1L2L3N

PE7

L1L2L3N

PE

PQube


MX45-3-PI

RS-485

Modbus/TCP

Controlador

Ethernet

USB

Sensores eAcionamentos

DSP Piccolo 28027Vbat, Ibat, Tbat

RS-232

L1 L2 L3Local* N PE

10 11

VL1, VL2, VL3 Locais

VL1, VL2, VL3

1

Barramento CCFases (L1, L2, L3)Neutro (N)Terra (PE)Modbus/TCPControles RS-232Comunicação EthernetComunicação USBComunicação RS-485

LegendaAcionamento dos ContatoresSinais analógicosComunicação proprietáriaProteções e desconexãoSoftware/Firmware Desenvolvido

*Bypass ou alimentação local controlado pelo inversor

HUB

Z

Impedância de linha

Micro-rede com GD e Acumulação LEP

Router

Rede CA Medição PQube

Medição cargas Locais

micro-redeFluke

Inversores em conexão trifásica, modos grid-tie e

ilhado

Inversores em conexão trifásica, modo grid-tie

Firmware completo desenvolvido na pesquisa

Transformador isolação

BESS

Sensores e Barramento CC

Conexão rede CA

Fonte CC programável

(modo carregador baterias)

Aplicativo Principal de

Gerenciamento

Conexão cargas monofásicasMicro-rede

Conexão cargas trifásicas micro-rede

Main Switch


Medição PQube

Rede CA

Medições Micro-rede

Inversores Grid-tie/Ilhado

Sensores e Conexões CC

Aplicativo de

Controle

Carga EletrônicaCarga RLC

Monofásica

Carga RLC

Trifásica

Carga R Trifásica

Conexões CA


7500

10000

12500

15000

17500

20000

22500

60,00 60,20 60,40 60,60 60,80 61,00 61,20 61,40 61,60 61,80 62,00

Potê

ncia

ativ

a (W

)

Frequência da rede CA (Hz)

•Potência Ativa e Frequência da micro-rede no Ponto de

Conexão, no tempo

•Curva P/f (Potência Ativa versus Frequência)


59,50

60,00

60,50

61,00

61,50

62,00

62,50

0

2500

5000

7500

10000

12500

15000

17500

20000

22500

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

9,5

10,0

10,5

11,0

11,5

12,0

12,5

13,0

13,5

14,0

14,5

15,0

15,5

16,0

16,5

17,0

17,5

18,0

18,5

19,0

19,5

20,0

Freq

uênc

ia d

a re

de C

A (H

z)

Potê

ncia

ativ

a (W

)

Tempo (min)

Potência ativa (W) Frequência da rede CA (Hz)

Modo Conectado


0,8800

0,9000

0,9200

0,9400

0,9600

0,9800

1,0000

02000400060008000

100001200014000160001800020000

100,00 75,00 50,00 30,00 20,00 10,00

Fato

r de

potê

ncia

Potê

ncia

ativ

a (W

)

Potência de saída (%)

Potência ativa (W) Fator de potência

0,8800

0,9000

0,9200

0,9400

0,9600

0,9800

1,0000

02000400060008000

100001200014000160001800020000

100,00 75,00 50,00 30,00 20,00 10,00

Fato

r de

potê

ncia

Potê

ncia

ativ

a (W

)

Potência de saída (%)

Potência ativa (W) Fator de potência

Van = 230Vrms: ativação (controle FP/reativos)

Van = 220Vrms: controle FP desativado

Modo Conectado

-40,68%; 88,30%

-34,47%; 74,92%

-23,35%; 50,32%

-14,41%; 30,12%

-9,50%; 20,23%

-5,07%; 10,21%4,43%; 10,19%

9,57%; 20,13%

14,52%; 30,05%

24,98%; 50,23%

37,33%; 74,77%

45,26%; 89,82%

0,00%

10,00%

20,00%

30,00%

40,00%

50,00%

60,00%

70,00%

80,00%

90,00%

100,00%

-50,00% -40,00% -30,00% -20,00% -10,00% 0,00% 10,00% 20,00% 30,00% 40,00% 50,00%

P/Pn

Q/Pn CapacitivoIndutivoPotência ativa e reativa em função de Pnominal (Pn), em conformidade

com a norma brasileira NBR 16149:2013.


Modo Conectado

AN

(V)

265

240

215

190

165

140

BN

(V)

265

240

215

190

165

140

00:08:2700:08:2700:08:2700:08:2600:08:2600:08:2600:08:2600:08:2600:08:2600:08:2500:08:2500:08:2500:08:2500:08:2500:08:2500:08:2400:08:2400:08:2400:08:2400:08:2400:08:2400:08:2300:08:2300:08:2300:08:2300:08:2300:08:2300:08:2200:08:2200:08:2200:08:2200:08:2200:08:2100:08:2100:08:2100:08:2100:08:2100:08:2100:08:2000:08:2000:08:2000:08:2000:08:20

CN

(V)

265

240

215

190

165

140

Desconexão do contator principal da rede CA

(a) Valores eficazes das tensões na carga local; 175ms/div.


Transição: Modo Conectado para Modo Ilhado



00:08:4000:08:3000:08:2000:08:1000:08:0000:07:5000:07:4000:07:3000:07:2000:07:10

Freq

uênc

ia(H

z)

60,5

60,1

59,7

59,3

58,9

58,5

Desconexão do contator principal da rede CA

Variação da frequência na carga local; 10s/div.

00:08:24 25600:08:24 24000:08:24 22400:08:24 20800:08:24 19200:08:24 17600:08:24 16000:08:24 14400:08:24 12800:08:24 11200:08:24 09600:08:24 08000:08:24 064

Vol

ts

480

320

160

0

-160

-320

-480

Entrada do inversor da Fase B

Entrada do inversor da Fase A

Tensões para as cargas locais durante o controle ativo dos inversores das Fases B e A (Mestre)



Modo Ilhado: Regulação de Tensão


AN

(V) 230

226222218214210

BN

(V) 230

226222218214210

CN

(V) 230

226222218214210

A (A

) 64,83,62,41,2

0

B (A

) 64,83,62,41,2

0

C (A

) 64,83,62,41,2

0

01:20:0001:19:3001:19:0001:18:3001:18:0001:17:30

N (A

)

0,50,40,30,20,1

0

Degrau de carga de 0W para 3500W

Degrau de carga de 3500W para 0W Van rms (V)

Vbn rms (V)

Vcn rms (V)

Ia rms (A)

Ib rms (A)

Ic rms (A)

In rms (A)

Degrau de carga no modo ilhado, Valores eficazes das tensões e correntes

59,98

59,985

59,99

59,995

60

0W Res - 1458 W Res - 2904 W Ind - 1674 W Ind - 3270 W Cap - 1761 W Cap - 3339 W NL - 3012 W

Freq

uênc

ia (H

z)

Potência Ativa Total

Frequência (Hz)

Frequência na micro-rede ilhada, com diferentes perfis de carga, balanceada e não balanceada, linear e não linear.

Modo Ilhado: Regulação de Frequência


Modo Ilhado: Regulação de Tensão para perfis de

carga Linear e Não Linear


210

212

214

216

218

220

222

224

226

228

230


Tens

ão (V

rms)


Van (Vrms) Vbn (Vrms) Vcn (Vrms)

Valores eficazes das tensões na carga local, com diferentes perfis de carga, balanceada e não balanceada, linear e não linear.

Modo Ilhado: Carga Linear e Não Linear


0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5


THD

(%)


THD Van (%) THD Vbn(%) THD Vcn (%)

THD das tensões na micro-rede, com diferentes perfis de carga, balanceada e não balanceada, linear e não linear.

Tela principal do software de controle/gerenciamento da micro-rede. Em azul: área de dados do barramento CC contendo tensão de saída do barramento, corrente de saída e potência ativa. Em vermelho: área de dados do sistema de acumulação, contendo tensão, corrente, potência e temperatura média das baterias. O estado de carga é calculado considerando a tensão e corrente em regime do sistema de acumulação. A temperatura é utilizada para correção da tensão de carregamento do conjunto de baterias. Em amarelo: área contendo os dados de previsão do tempo recebidos pela API de previsão. Em Laranja: área onde são mostrados os dados de energia na micro-rede e injetadas na rede CA. Estes dados são utilizados para o controle da potência injetada pelos inversores conectados. Em verde: área onde são apresentados diversos gráficos das principais variáveis que devem ser monitoradas pelo software de gerenciamento.

Micro-rede com GD e Acumulação Sistema de Gerenciamento

Captura de tela do software de controle com a bateria em estado de carga baixo.

Sistema de Gerenciamento


Comentário Finais

Foco principal LEP: Pesquisas, Desenvolvimentos e Inovações (P&D&I)

Interesse secundário em Ensaios para fins de Certificação

Pesquisas em Eletrônica de Potência e Aplicações

Pesquisas em Qualidade da Energia Elétrica nos Sistemas de Distribuição

Grupo de Pesquisas em Qualidade da Energia e Eletrônica de Potência

LEP – Laboratórios de Eletrônica de Potência

WorkShop IEE-USP, Junho 2017 Unesp, Ilha Solteira(SP), Brasil

Obrigado [email protected]

http://www.lep.dee.feis.unesp.br

Documents

Workshop IEE-USP Mini/Micro-redes de Geração e Sistemas de ... · Engenharia Elétrica . 5 Estrelas ***** Guia do Estudante . ... Tektronix MSO 5104. Vcc2 Icc2 Pese Qese Pca Qca