pesquisas interdisciplinares em redes inteligentes de
TRANSCRIPT
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
1
Projeto Temático
Pesquisas Interdisciplinares em Redes Inteligentes de Energia Elétrica
Processo 2016/08645
Relatório Científico Ano 3 (julho de 2019 a junho de 2020)
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
2
Relatório Científico Ano 3 (julho de 2019 a junho de 2020)
Pesquisador Responsável: Prof. Dr. José Antenor Pomilio DSE/FEEC/UNICAMP
Pesquisadores Principais: Prof. Dr. Christiano Lyra Filho DSE/FEEC/UNICAMP
Prof. Dr. Ernesto Ruppert Filho DSE/FEEC/UNICAMP
Prof. Dr. Fernando Pinhabel Marafão ICTS/UNESP
Prof. Dr. João Bosco Ribeiro do Val DSE/FEEC/UNICAMP
Pesquisadores Associados: Prof. Dr. Alfeu Joãozinho Sguarezi Filho CECS/UFABC
Prof. Dr. Christian Esteve Rothenberg DCA/FEEC/UNICAMP
Prof. Dr. Daniel Dotta DSE/FEEC/UNICAMP
Prof. Dr. Eduardo Paciência Godoy ICTS/UNESP
Prof. Dr. Flávio Alessandro Serrão Gonçalves ICTS/UNESP
Prof. Dr. Helmo Kelis Morales Paredes ICTS/UNESP
Dr. Hildo Guillardi Jr. CEPETRO/UNICAMP
Dr. João Inácio Y. Ota FEEC/UNICAMP
Prof. Dr. Leonardo de Souza Mendes DECOM/FEEC/UNICAMP
Prof. Dr. Luiz Carlos Pereira da Silva DSE/FEEC/UNICAMP
Prof. Dr. Marcelo Gradella Villalva DSE/FEEC/UNICAMP
Prof. Dr. Paulo Augusto Valente Ferreira DSE/FEEC/UNICAMP
Prof. Dr. Tárcio André dos Santos Barros FEM/UNICAMP
Prof. Dr. Walmir de Freitas Filho DSE/FEEC/UNICAMP
Pesquisadores de post-doc: Dr. Ricardo Torquato Borges
Equipe Ano 3:
Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação
Universidade Estadual de Campinas
Joel Filipe Guerreiro – estudante de doutorado
Eliabe Duarte Queirós – estudante de doutorado
Vinicius Carnelossi da Cunha – estudante de doutorado
Ellen Marianne Bernal Cavalheiro – estudante de doutorado
Tiago Henrique de Abreu Mateus – estudante de doutorado
Orlem Lima dos Santos – estudante de mestrado
Caio dos Santos – estudante de doutorado
Mateus Pinheiro Dias – estudante de mestrado
Tiago Henrique de Abreu Mateus – estudante de doutorado
Pedro José dos Santos Neto – estudante de doutorado
Victor Cordeiro de Arruda – estudante de graduação (bolsista IC)
João Guilherme Santos – estudante de graduação (bolsista IC)
Lucas Seiji K. Iijima - estudante de graduação (bolsista IC)
Adriany Araujo Rodrigues
Dante Inga Narvaez – estudante de doutorado
Gilson Mario Vieira Machado
Guiherme Cerbatto Schmitt Prym
Henrique Frank
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
3
Hugo Soeiro Moreira
João Lucas De Souza Silva
Karen Barbosa De Melo
Lucas Lugnani Fernandes
Marcos Vinicios Gomes Dos Reis
Rafael Tavares Motta
Tatiane Silva Costa
Grupo de Automação e Sistemas Integráveis - Gasi
Instituto de Ciência e Tecnologia de Sorocaba
Universidade Estadual Paulista “Julio de Mesquita Filho” - UNESP
Jose de Arimatéia Olímpio Filho – estudante de doutorado
Augusto Matheus dos Santos Alonso – estudante de doutorado
Bruno Aguilar da Cunha - estudante de doutorado
Caíque Vendemiatti - estudante de mestrado
Lucas Nunes Monteiro - estudante de mestrado
Leonardo Carlos Afonso, mestrando
Felipe Leite Paes, doutorando
Fernando Deluno Garcia, doutorando
James Blayne Oliveira Reis, doutorando
Vítor Sauli Fernandes, mestrando
Luis Armando De Oro Arenas, posdoc
Felipe Augusto Ferreira De Almeida
Centro de Engenharia, Modelagem e Ciências Sociais Aplicadas
Universidade Federal do ABC - UFABC
Angelo dos Santos Lunardi – estudante de doutorado
Este ano houve a inclusão de novos Pesquisadores Associados: os professores Luiz Carlos
Pereira da Silva (FEEC-Unicamp) e Tárcio André dos Santos Barros (FEM-Unicamp), e os doutores
Hildo Guillardi Jr. e João Inácio Y. Ota.
Também houve a inclusão de novos estudantes, e a saída de alguns que se titularam no último
ano.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
4
Bolsas e Auxílios FAPESP vinculados ao Projeto (fonte: BV FAPESP)
Auxílios(s) vinculado(s): 19/17959-5 - Investigações de soluções sustentáveis para integração de tecnologias
emergentes nas redes de distribuição de energia do futuro, AV.BR
17/16863-9 - 14th Brazilian power Electronics Conference - COBEP 2017, AR.BR
Bolsa(s) vinculada(s): 20/03069-5 - Aplicação de técnicas de estimação de estado e aprendizado de máquina
para o gerenciamento energético das microrredes, BP.DR
19/23797-8 - Desenvolvimento de protótipo de plataforma de hardware para medição
Sincrofasorial, BP.MS
19/22304-8 - Definição de metodologias de projeto e controle de uma interface de
qualidade de energia para compensação de distúrbios de tensão, BP.PD
19/17306-1 - Desenvolvimento e implementação de técnicas de controle
centralizadas e distribuídas para o gerenciamento ótimo de microrredes, BP.DR
19/24635-1 - Análise por imagens da qualidade de energia elétrica em
microrredes, BP.IC
19/19282-2 - Gerenciamento de estações de recarga de veículos elétricos via índices
de desempenho individualizado, BP.MS
19/22477-0 - Plataforma para comando e controle de fontes e cargas em simulador de
rede elétrica inteligente, BP.IC
19/15198-7 - Simulação de conversores eletrônicos de potência para uso em redes
elétricas híbridas CC-CA, BP.IC
18/24018-0 - Metodologias para a integração de medições de alta resolução no
gerenciamento dos sistemas modernos de distribuição de energia elétrica, BP.PD
18/19601-8 - Análise comparativa dos algoritmos de sincronismo NRF-PLL e
GDSC-PLL, BP.IC
18/13993-1 - Estudo da estabilidade sistêmica de rede elétrica com múltiplas fontes e
cargas controladas, BP.PD
18/07375-3 - Operação de SEE com alta penetração de geração eólica, BE.PQ
18/11643-3 - Estudo e desenvolvimento de tecnologias para automação residencial
com foco na gestão de energia elétrica nas instalações, BP.IC
17/21087-8 - Estudo e implementação do controle e do gerenciamento energético de
uma microrrede em corrente contínua, com sistema de geração de energia elétrica a
partir de energia eólica, usando gerador elétrico de relutância variável, BP.DR
17/24652-8 - Desenvolvimento de metodologia de controle cooperativo de geradores
distribuídos em microrredes de energia com múltiplas considerações de
operação, BP.DR
17/25425-5 - Análise de metodologias baseadas em redes neurais artificiais para a
classificação de eventos usando Sincrofasores, BP.MS
17/10476-3 - Desenvolvimento de metodologias para integração em sistemas de
gestão da distribuição na presença de fontes distribuídas de energia e medidores
inteligentes, BP.DR
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
5
CRONOGRAMA
Parte significativa do sexto semestre do cronograma foi comprometida pele fechamento da
Unicamp em virtude da pandemia, conforme comentado na sequência.
As atividades principais relacionadas ao desenvolvimento deste projeto encontram-se dispostas
no cronograma semestral a seguir, considerando-se o projeto com duração de cinco anos.
Atividade/Semestre 1º 2º 3º 4º 5º 6º 7º 8º 9º 10º
Compra de equipamentos 95%
Instalações e montagens 95%
Ensaios operacionais e finalização da instalação
Desenvolvimento de pesquisas
Produção acadêmica
Implantação de sistema para acesso remoto 20%
Formação de RH
Relatórios
Compras de equipamentos – 95% finalizado
Todos os processos de importação foram concluídos e os equipamentos já foram recebidos, e
comissionados. Os equipamentos de informática para a rede experimental (servidores) estão em
processo final de instalação. Ainda não foram adquiridos os computadores de uso pessoal.
Instalações e montagens
O principal elemento de instalação era o painel de interconexões cuja finalização das montagens
ocorreu em maio de 2019. Com o painel disponível, outras instalações, a cargo da equipe tiveram
encaminhamento ao longo do segundo semestre de 2019 com o comissionamento dos equipamentos e
o avanço nas instalações acessórias, como os sensores de tensão e corrente nas barras e a estrutura de
comunicação.
Os servidores de dados estão montados no rack e em processo de configuração de software.
Nesse aspecto temos contado com o apoio da Diretoria Técnica de Informática da FEEC e com o PD
Raphael Rosa, supervisionado pelo Prof. Christian Rothenberg, na configuração e instalação de
serviços de TIC. A paralização de atividades presenciais a partir de março de 2020 por conta da
pandemia interrompeu parcialmente essa atividade, causando atraso em sua finalização que se
estenderá nos próximos meses, assim que o uso do laboratório seja liberado.
Ensaios operacionais e finalização da instalação
Com a finalização das instalações elétricas, teve sequência o comissionamento dos diversos
equipamentos do LabREI, que são comandados remotamente através das interfaces dos fabricantes.
Esse estágio antecede a implantação de uma interface geral para o conjunto de equipamentos. A
paralização de atividades presenciais a partir de março de 2020 por conta da pandemia interrompeu
integralmente essa atividade, causando atraso em sua finalização que se estenderá nos próximos meses,
assim que o uso do laboratório seja liberado.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
6
Desenvolvimento de pesquisas, Produção Acadêmica e Formação de RH
Conforme descrito ao longo deste relatório, as pesquisas têm se desenvolvido com intensidade a
partir dos trabalhos dos Pesquisadores e seus orientados.
Além disso, diversas teses e dissertação têm se beneficiado dos recursos e estruturas vinculadas.
Desta forma, a formação de recursos humanos tem ocorrido regularmente e a expectativa é de
ampliação à medida que o projeto amadureça.
Produções Vinculadas ao Projeto
Publicações em Periódicos (de julho de 2019 até junho de 2020): 31 (inclui artigos aceitos)
Publicações em Conferências (artigos completos, inclui artigos aceitos), (07/2019 até 06/2020): 42
2020
1. “A Selective Harmonic Compensation and Power Control Approach Exploiting Distributed Electronic Converters in
Microgrids”, Alonso, A. M. S.; Brandao, D. I.; Caldognetto, T.; Marafão, F. P.; Mattavelli, P., International Journal
of Electrical Power & Energy Systems, vol. 115, February 2020.
2. "Combined Control of DFIG-Based Wind Turbine and Battery Energy Storage System for Frequency Response in
Microgrids", GOMEZ, LUIS A. G.; GRILO, AHDA P.; SALLES, M. B. C.; SGUAREZI FILHO, A. J., ENERGIES,
v. 13, n. 4 FEB 2020.
3. "Predictive Incremental Vector Control for DFIG With Weighted-Dynamic Objective Constraint-Handling Method-
PSO Weighting Matrices Design", RODRIGUES, LUCAS LIMA; SOLIS-CHAVES, J. SEBASTIAN; VILCANQUI,
OMAR A. C.; SGUAREZI FILHO, ALFEU J., IEEE ACCESS, v. 8, p. 114112-114122, 2020
4. "Framework for optimizing the demand contracted by large customers", ROSADO, BARBARA; TORQUATO,
RICARDO; VENKATESH, BALA; GOOI, HOAY BENG; FREITAS, WALMIR; RIDER, MARCOS J., IET
GENERATION TRANSMISSION & DISTRIBUTION, v. 14, n. 4, p. 635-644, FEB 28 2020
5. “A MINLP Model to Optimize Battery Placement and Operation in Smart Grids”, Caio dos Santos, Ellen Marianne
Bernal Cavalheiro, Petra Maria Bartmeyer & Christiano Lyra, “2020 IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies
Conference North America”, February 17 to February 20, Washington, DC, USA. 10.1109/ISGT45199.2020.9087769
6. ARMAX-based method for inertial constant estimation of generation units using synchrophasors, Lucas
Lugnani Daniel Dotta Christoph Lackner Joe Chow, Electric Power Systems Research, Volume 180, March 2020,
106097, https://doi.org/10.1016/j.epsr.2019.106097
7. "Optimal Multiobjective Control of Low-Voltage AC Microgrids: Power Flow Regulation and Compensation of
Reactive Power and Unbalance", BRANDAO, I, DANILO; FERREIRA, WILLIAN M.; ALONSO, AUGUSTO M.
S.; TEDESCHI, ELISABETTA; MARAFAO, FERNANDO P., IEEE TRANSACTIONS ON SMART GRID, v.
11, n. 2, p. 1239-1252, MAR 2020
8. "Robust Estimation and Filtering for Poorly Known Models", Marcos R. Fernandes; João B. R. do Va; Rafael F.
Souto, IEEE Control Systems Letters (Volume: 4 , Issue: 2 , April 2020) DOI: 10.1109/LCSYS.2019.2951611
9. "Technical Evaluation of a PV-Diesel Hybrid System with Energy Storage: Case Study in the Tapajos-Arapiuns
Extractive Reserve, Amazon, Brazil", COSTA, TATIANE SILVA; VILLALVA, MARCELO
GRADELLA., ENERGIES, v. 13, n. 11 JUN 2020.
10. "Generalized Predictive Control applied to the DFIG power control using state-space model and voltage constraints",
RODRIGUES, LUCAS LIMA; VILCANQUI, OMAR A.C ; CONDE D., ELIOMAR R.; GUERERO, JOSEP M.;
Sguarezi Filho, Alfeu J., ELECTRIC POWER SYSTEMS RESEARCH, v. 182, p. 106227, 2020.
11. Power Management Strategy based on Virtual Inertia for DC microgrids. DOS SANTOS NETO, P. J., DOS SANTOS
BARROS, T. A., CARVALHO SILVEIRA, J. P., RUPPERT FILHO, E., VASQUEZ, J. C., & GUERRERO, J. M.
IEEE Transactions on Power Electronics, 35(11), 2020.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
7
12. "Power management techniques for grid-connected DC microgrids: A comparative evaluation", DOS SANTOS
NETO, PEDRO J.; BARROS, TARCIO A. S.; SILVEIRA, JOAO P. C.; RUPPERT FILHO, ERNESTO; VASQUEZ,
JUAN C.; GUERRERO, JOSEP M, APPLIED ENERGY, v. 269, JUL 1 2020
13. “Optimized Integration of a Set of Small Renewable Sources into a Bulk Power System”, Caio dos Santos, Marcos J.
Rider & Christiano Lyra, IEEE Transactions on Power Systems, pp.1-13, DOI: 10.1109/TPWRS.2020.3002650.
14. "Distributed selective harmonic mitigation and decoupled unbalance compensation by coordinated inverters in three-
phase four-wire low-voltage networks", Alonso, A. M. S.; Brandao, D. I.; Tedeschi, E.; Marafão, F. P., Electric
Power Systems Research, v. 186, SEP 2020.
15. “Robust Estimation and Filtering for Poorly Known Models” Marcos R. Fernandes, João B.R. do Val, Rafael F.
Souto. IEEE Control Systems Letters, vol. 4, n. 2, p. 474–479, 2020 DOI: 10.1109/LCSYS.2019.2951611
16. “Observability Notions for CSVIU and Stability in Connection with Some Norms”, Daniel S. Campos, João B. R. do
Val. ACC 2020 IEEE Annual American Control Conference, Denver CO, USA. July 1-3 2020
17. “Automated Determination of Topology and Line Parameters in Low Voltage Systems Using Smart Meters
Measurements”, V. C. Cunha, W. Freitas, F. C. L. Trindade, S. Santoso, aceito para publicação no IEEE Transactions
on Smart Grid (TSG-01775-2019)
18. “Non-Technical Loss Identification by Using Data Analytics and Customer Smart Meters,” L. M. R. Raggi, F. C. L.
Trindade, V. C. Cunha, e W. Freitas, aceito para publicação em IEEE Trans. on Power Delivery;
19. “Practical Chart for Harmonic Resonance Assessment of DFIG-Based Wind Parks,” R. Torquato, A. Arguello, e W.
Freitas, aceito para publicação em IEEE Trans. on Power Delivery;
20. “On the Use of EV Hosting Capacity for Management of Low-Voltage Distribution Systems,” T. Barbosa, J. C. G.
Andrade, R. Torquato, W. Freitas, e F. C. L. Trindade, aceito para publicação em IET Gen., Transm. &
Distribution.
21. "Automatic Consumption Management for Prepaid Electricity Meter with NILM". SOUZA, W. A.; GARCIA, F. D. ;
MOREIRA, A. C.; MARAFÃO, F. P.; DA SILVA, L. C. P., IEEE Latin America Transactions, v. 18, p. 1102-1110,
2020
22. Embedded NILM as Home Energy Management System: A Heterogeneous Computing Approach. GARCIA, F. D.;
SOUZA, W. A.; MARAFÃO, F. P., IEEE Latin America Transactions, v. 18, p. 360-367, 2020.
23. "Field Measurements of Non-intentional Emissions above 2 kHz in Photovoltaic Inverter Installations," R. K.
Carneiro, J. I. Y. Ota and J. A. Pomilio, 2020 IEEE 29th International Symposium on Industrial Electronics (ISIE),
Delft, Netherlands, 2020, pp. 1503-1508, doi: 10.1109/ISIE45063.2020.9152213.
24. Alonso, A. M. S.; Pereira Jr., B. R.; Brandao, D. I.; Marafão, F. P., “Optimized Exploitation of Ancillary Services:
Compensation of Reactive, Unbalance and Harmonic Currents Based on Particle Swarm Optimization,” IEEE Latin
America Transactions, Maio 2020. (Aceito)
25. Bonaldo, J. P.; Filho J. A. O.; Alonso, A. M. S.; Marafão, F. P.; Paredes, H. K. M.; “Modeling and Control of a
Single-Phase Grid-Connected Inverter with LCL Filter,” IEEE Latin America Transactions, Abril 2020. (Aceito)
26. "Problema Emergente das Distorções entre 2 e 150 kHz em Redes Elétricas: Levantamento Bibliográfico", J I. Y. Ota,
R. K. Carneiro e J. A. Pomilio, Aceito no Simpósio Brasileiro de Sistemas Elétricos - SBSE, Agosto de 2020.
27. "LabREI: Ambiente Experimental para Pesquisas Interdisciplinares e Formação de Recursos Humanos em Redes
Inteligentes de Energia Elétrica", J I. Y. Ota e J. A. Pomilio, Aceito no Simpósio Brasileiro de Sistemas Elétricos -
SBSE, Agosto de 2020.
28. Sinusoidal PWM techniques comparison for the Quasi-Y-Source Inverter. SANTOS, R.; GONÇALVES, F. A. S. In:
VIII Simpósio Brasileiro de Sistemas Elétricos (SBSE 2020), 2020, Santo André-SP.
29. Influence of Solar Position Calculation Methods Applied to Horizontal Single-Axis Solar Trackers on Energy
Generation. Melo, K.B.; Moreira, H.S.; Villalva, M.G., Energies 2020, 13, 3826
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
8
30. Avaliação do custo de arquiteturas fotovoltaicas para uma planta residencial em diferentes localidades no
Brasil. SILVA, J. L. S.; MESQUITA, D. B.; LIMA, G. P.; SAKÔ, E. Y.; MOREIRA, H. S., VILLALVA, M. G., VIII
Congresso Brasileiro de Energia Solar. Fortaleza-CE, 2020 (Aceito para publicação).
31. “When Control and State Variations Increase Uncertainty: Modeling and Stochastic Control in Discrete Time”,
“Filipe C. Pedrosa, João C. Nereu, João B. R. do Val. Automatica, Accepted provisionally as Regular Paper
2019 (a partir de julho)
1. “Direct Connection of Supercapacitor-Battery Hybrid Storage System to the Grid-tied Photovoltaic System”; Y.
Perdana, S. M. Muyeen, A. Al-Durra, H. K. Morales-Paredes, M. G. Simões, IEEE Transactions Sustainable
Energy, Vol. 10, No. 03, pp. 1370-1379, July 2019.
2. “Coordinated Control of Distributed Three- and Single-phase Inverters Connected to Three-Phase Three-Wire
Microgrids”, Brandao, D. I.; Savoi, L.; Alonso, A. M. S.; Reis, G.; Liberado, E. V.; Marafão, F. P., IEEE Journal of
Emerging and Selected Topics in Power Electronics, July 2019.
3. "Load Disaggregation Using Microscopic Power Features and Pattern Recognition", DE SOUZA, WESLEY
ANGELINO; GARCIA, FERNANDO DELUNO; MARAFAO, FERNANDO PINHABEL; PEREIRA DA SILVA,
LUIZ CARLOS; SIMOES, MARCELO GODOY, ENERGIES, v. 12, n. 14 JUL 2 2019
4. "Control Of Powers For Wind Power Generation And Grid Current Harmonics Filtering From Doubly Fed Induction
Generator: Comparison Of Two Strategies", Moreira, A. B.; Dos Santos Barros, T. A.; De Castro Teixeira, V. S.; De
Souza, Ramon Rodrigues; De Paula, M. V.; Ruppert Filho, E.. IEEE Access, V. 7, P. 37203-37213, 2019.
5. "Study of Power Optimizers for grid-connected photovoltaic systems", SILVA, J. L. S.; Moreira, H. S. ; Mesquita, D.
B. ; Reis, M. V. G.;Villalva, M. G., Aceito em in IEEE Transactions Latin-America.
6. Implementation of a Currents’ Physical Components-Based Power Meter Using NI myRIO-1900 Embedded
System, J. V. Dutra Fonseca, L. A. A. Pereira, A. C. Moreira, H. G. Júnior, E. V. Liberado, Helmo K. Morales-
Paredes. XIII Conferência Brasileira sobre Qualidade de Energia Elétrica, 2019, São Caetano do Sul. XIII CBQEE,
2019.
7. Technical Impacts Caused by the Connection of a Gas Microturbine in Low-Voltage Grids, D. O. Assunção, M.
V. S. Cota, A. C. Moreira, B. R. P. Conrado, Wesley A. Souza, Helmo K. Morales-Paredes, XIII Conferência
Brasileira sobre Qualidade de Energia Elétrica, 2019, São Caetano do Sul. XIII CBQEE, 2019.
8. Revisão de Sistemas de Carregamento de Veículos Elétricos. GANZENMULLER, W. H.; GONÇALVES, F. A. S. ,
In: XIII Conferência Brasileira sobre Qualidade de Energia Elétrica - CBQEE2019, 2019, São Caetano do Sul-SP.
Anais da III Conferência Brasileira sobre Qualidade de Energia Elétrica - CBQEE2019, 2019.
9. "Waveform-Based Method for Fast and Accurate Identification of Subsynchronous Resonance Events", GAO, BO;
TORQUATO, RICARDO; XU, WILSUN; FREITAS, WALMIR., IEEE Transactions on Power Systems, v. 34, n.
5, p. 3626-3636, SEP 2019.
10. “Coordinated Control of Parallel Power Conditioners Synthesizing Resistive Loads in Single-Phase AC
Microgrids”, Alonso, A. M. S.; Brandao, D. I.; Tedeschi, E.; Marafao, F. P., in European Conference on Power
Electronics and Applications (EPE-ECCE), Genova-Italy, September 2019
11. Wind Distributed System Based on Switched Reluctance Generator Using a Bidirectional DC-DC Converter with
Sliding Mode Control. DOS SANTOS NETO, P. J.; BARROS, T. A. S. ; DE PAULA, M. V. ; RUPPERT, E. ;
VASQUEZ, J. C. ; GUERRERO, J. M. . In: IECON 2019 - 45th Annual Conference of the IEEE Industrial
Electronics Society, 2019, Lisbon, Portugal
12. A Power Management Strategy for Grid Connected DC microgrids Operating in Grid Connected
Mode. DOS SANTOS NETO, P. J.; SILVEIRA, J. P. C. ; BARROS, T. A. S.; RUPPERT, E. ; VASQUEZ, J. C. ;
GUERRERO, J. M. In: ICAE 2019 - 11th International Conference on Applied Energy, 2019, Vasteras, Sweden.
13. Implementação de um Sistema Inteligente para Previsão do Consumo de Energia Elétrica Residencial, Lucas R.
Ilário, Alexandre C. Moreira Helmo K. Morales-Paredes, 14º Simpósio Brasileiro de Automação Inteligente, 2019,
Ouro Preto, 14º SBAI 2019. http://https://proceedings.science/p/111367
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
9
14. Detecção de Corrente Nula em Conversores Boost Operando em Modo Crítico. TIROLLI, M. N.; GONCALVES,
F.A.S.; In: 14º Simpósio Brasileiro de Automação Inteligente, 2019, Ouro Preto - MG. Anais do 14º Simpósio
Brasileiro de Automação Inteligente, 2019.
15. Metodologia Heurística para Operação de uma Microturbina a Gás Conectada ao Sistema Elétrico Divanildo O.
Assunção, Wesley A. Souza, Alexandre C. Moreira, Bruna Rafaela P. Conrado, Leonardo Anício A. Pereira, Helmo
K. Morales-Paredes, 14º Simpósio Brasileiro de Automação Inteligente, 2019, Ouro Preto, 14º
SBAI 2019. http://https://proceedings.science/p/111329
16. “Connecting a Cluster of Small Renewable Sources to a Power System”, Caio dos Santos, Marcos J. Rider
& Christiano Lyra, Proceedings of the “2019 IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Conference - Latin
America (ISGT-LA 2019)”, Paper No. 0181, 15-18 September 2019, Gramado, RS, Paper No. 0181, DOI:
10.1109/ISGT-LA.2019.8894925. This paper was selected as the best paper in the track “Smart Grids: Deployment,
Projects, Experiences, Interoperability and Standards”.
17. “Optimal Configuration of Power Distribution Networks with Small Intermittent Energy Sources”, Ellen Marianne
Bernal Cavalheiro & Christiano Lyra, Proceedings of the “2019 IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies
Conference - Latin America ( ISGT-LA 2019 )”, Paper No. 0181, 15-18 September 2019, Gramado, RS, Paper No.
0210, DOI: 10.1109/ISGT-LA.2019.8895321.
18. “Allocation of Fault Indicators for Adaptive Protection Schemes”, Caio dos Santos, Petra M. Bartmeyer
& Christiano Lyra, Proceedings of the “2019 IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Conference - Latin
America (ISGT-LA 2019 )”, Paper No. 0181, 15-18 September 2019, Gramado, RS, Paper No. 0236, DOI:
10.1109/ISGT-LA.2019.8895356.
19. Considerações sobre a gestão de energia elétrica em instituições públicas - estudo de caso com geração
fotovoltaica. MORAES JUNIOR, A. F.; MARAFÃO, F. P.; Gonçalves, Flávio Alessandro Serrão In: Simpósio
Mundial de Sustentabilidade, 2019, Florianópolis. Anais do Simpósio Mundial de Sustentabilidade, 2019
20. Análise de curva de radiação para classificação meteorológica usando RNAs visando a predição de geração
fotovoltaica. CUNHA, B. A.; MARAFÃO, F. P.; MARTINS, A. C. G.; RIGAUDEAU, A.; BOUCHER, L., Smart
Energy CI&Expo, 2019, Curitiba. Anais do Smart Energy CI&Expo, 2019
21. Enhanced Power Management System for Droop Control in a Grid Connected DC microgrid. DOS SANTOS NETO,
P. J.; SILVEIRA, J. P. C.; BARROS, T. A. S.; RUPPERT, E.; VASQUEZ, J. C.; GUERRERO, J. M. In: COBEP
2019 - 15th Brazilian Power Electronics Conference, 2019, Santos, Brazil.
22. “Synchronous reference frame PLL frequency estimation under voltage variations”, Eliabe D. Queiroz, J. A. Pomilio,
5th IEEE Southern Power Electronics Conference & 15º Congresso Brasileiro de Eletrônica de Potência – COBEP-
SPEC 2019, Santos, 1 a 4 de dezembro de 2019.
23. “SRF-PLL Influence on the Stability of a Current Source Converter in Droop Mode”, Eliabe D. Queiroz, J. A.
Pomilio, 5th IEEE Southern Power Electronics Conference & 15º Congresso Brasileiro de Eletrônica de Potência –
COBEP-SPEC 2019, Santos, 1 a 4 de dezembro de 2019.
24. “An Enhanced Thévenin Equivalent Circuit of a Resonant-Controller-Based Utility-Interface”, Joel F. Guerreiro, H.
Guillardi Junior, J. I. Y. Ota, J. A. Pomilio, 5th IEEE Southern Power Electronics Conference & 15º Congresso
Brasileiro de Eletrônica de Potência – COBEP-SPEC 2019, Santos, 1 a 4 de dezembro de 2019.
25. “Design Procedures and Prototyping of a Full-Bridge High Frequency Power Inverter”, Joel F. Guerreiro, H.
Guillardi Jr., J. A. Pomilio, 5th IEEE Southern Power Electronics Conference & 15º Congresso Brasileiro de
Eletrônica de Potência – COBEP-SPEC 2019, Santos, 1 a 4 de dezembro de 2019.
26. Selective Power Conditioning in Two-Phase Three-Wire Systems Based on the Conservative Power Theory, Augusto
M. S. Alonso, Helmo K. Morales Paredes; José A. O. Filho; Jakson P. Bonaldo; Danilo I. Brandão; Fernando
Pinhabel Marafão, 54th IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, 2019, Baltimore,
USA. DOI: 10.1109/IAS.2019.8911909
27. “Considerations on Communication Infrastructures for Cooperative Operation of Smart Inverters” Alonso, A. M. S;
Afonso, L. C.; Brandao, D. I.; Tedeschi, E.; Marafão, F. P., in IEEE COBEP/SPEC Conference, Santos-Brazil,
December 2019.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
10
28. 3-Phase Multi-Functional Grid-Tied Inverter for Compensation of Oscillating Instantaneous Power, José A. O.
Filho, Helmo K. Morales Paredes, Augusto M. S. Alonso, Jakson P. Bonaldo, Fernando Pinhabel Marafão, Marcelo
G. Simões, 5th IEEE Southern Power Electronics Conference & 15º Congresso Brasileiro de Eletrônica de Potência –
COBEP-SPEC 2019, Santos, 1 a 4 de dezembro de 2019
29. Modeling Battery Energy Storage System operating in DC microgrid with DAB converter. SANTOS, RAFAEL DOS
; GONCALVES, FLAVIO A. S. ; OLIMPIO FILHO, JOSE A.; MARAFAO, FERNANDO P. ; GIL, ERIC . In: 2019
IEEE 15th Brazilian Power Electronics Conference and 5th IEEE Southern Power Electronics Conference
(COBEP/SPEC), 2019, Santos.
30. Considerations on Communication Infrastructures for Cooperative Operation of Smart Inverters. DOS SANTOS
ALONSO, AUGUSTO MATHEUS; CARLOS AFONSO, LEONARDO; BRANDAO, DANILO IGLESIAS;
TEDESCHI, ELISABETTA ; MARAFAO, FERNANDO PINHABEL, In: 2019 IEEE 15th Brazilian Power
Electronics Conference and 5th IEEE Southern Power Electronics Conference (COBEP/SPEC), 2019, Santos.
31. Z-Source Inverter for Photovoltaic Microgeneration. ALMEIDA, F. A. F.; SOARES, F. G.; GONÇALVES, F. A. S.;
In: 5th IEEE Southern Power Electronics Conference & The 15th Brazilian Power Electronics Conference, 2019,
Santos-SP.
32. Static Transfer Switch Applied to Single-Phase Uninterruptible Power Supply. RODRIGUES, M. V. M.; SILVA, N. ;
GONÇALVES, F. A. S.; In: 5th IEEE Southern Power Electronics Conference & The 15th Brazilian Power
Electronics Conference, 2019, Santos-SP.
33. Impactos da regulação de tensão com compensador estático de reativos em sistemas elétricos com geração distribuída.
ALMEIDA, F. A. F.; LIBERADO, E. V.; MARAFÃO, F. P.; GONCALVES, F. A. S., In: 4o Congresso de Pós-
Graduação do IFSP (ConPoG 2019), 2019, Sorocaba.
34. Análise da operação do SVC em rede de baixa tensão com componentes harmônicas utilizando TPC. ALMEIDA, F.
A. F.; LIBERADO, E. V.; MARAFÃO, F. P.; GONCALVES, F. A. S.. In: 4o Congresso de Pós-Graduação do IFSP
(ConPoG 2019), 2019, Sorocaba
35. Metodologia para Dimensionamento de Indutores com Núcleo Toroidal Visando Aplicação em Conversores CC-
CC. TIROLLI, M. N.; MARCELO, A. B.; GONÇALVES, F. A. S.; In: 4o Congresso de Pós-Graduação do IFSP -
ConPoG 2019, 2019, Sorocaba-SP.
36. Exploração de metodologias para estimação de vida útil de transformadores de potência. SILVA, H. J. B.; PAREDES,
H. K. M.; MARAFÃO, F. P.; GONCALVES, F. A. S.. In: XXV SNPTEE SEMINÁRIO NACIONAL DE
PRODUÇÃO E TRANSMISSÃO DE ENERGIA ELÉTRICA, 2019, Belo Horizonte.
37. Study on the Addition of Solar Generating and Energy Storage Units to a Power Distribution System. T. Costa, D.
Narvaez, K. Melo, M. Kitayama, M. Villalva, SEST 2019: International Conference Smart Energy Systems and
Technologies.
38. Optimum design of autonomous PVdiesel-battery hybrid systems: case study at Tapajós-Arapiuns extractive reserve
in Brazil. T. Costa, D. Narvaez, K. Melo, D. Pompermaier, M. Villalva., 2019 IEEE PES Innovative Smart Grid
Technologies Latin America (ISGT LA).
39. Accuracy Analysis of Sun Position Calculation Algorithms: Ineichen and SPA. MELO, K. B.; TAVARES, L. R.;
SILVA, M. K.; VILLALVA, M. G.,In: IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Latin America (ISGT) 2019,
Gramado - RS.
40. Influence of Backtracking at Solar-Tracking Photovoltaic Power Plants for Generation and Protection. MELO, K. B.;
MOREIRA, H. M.; MOREIRA, A. V. S.; VILLALVA, M. G. In: 11th International Conference on Applied Energy
(ICAE) 2019, Västerås, Sweden.
41. Modular Architecture with Power Optimizers for Photovoltaic Systems. SILVA, J. L. S.; MOREIRA, H. S. ;
MESQUITA, D. B. ; CAVALCANTE, M. M.; VILLALVA, M. G. , In: 2019, Smart Energy Systems and
Technologies, 2019, Porto - PT, 2019.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
11
Teses, dissertações, TCCs e ICs encerradas no período:
Doutorado:
Hildo Guillardi Jr., “Condicionamento de energia elétrica aplicado em sistema elétrico aeronáutico
de frequência variável”, 26 de agosto de 2019, FEEC-Unicamp
Tiago Henrique de Abreu Mateus, “Estratégia de Controle de Inversor Multiníveis para Sistema
Fotovoltaico Conectado à Rede com Rastreamento de Potência em Sombreamento Parcial”, 7 de
julho de 2020, FEEC - Unicamp
Mestrado:
Alexandre Borges Marcelo (Mestrado). Título: “Contribuições na Modelagem e Projeto de
Controladores para Conversores CC-CC do Tipo Boost em Arquitetura Celular Operando no
Modo de Condução Crítica”. UNESP, 2020. Orientador: Prof. F. A. S. Gonçalves
Halley Jose Braga Da Silva (Mestrado). Título: “Contribuições no Desenvolvimento de Modelos
de Ciclo de Vida para Transformadores de Potência de Distribuição”. UNESP, 2019. Orientador:
F. A. S. Gonçalves.
José de Arimatéia Olimpio Filho, “Implementação de um conversor multifuncional conectado à
rede elétrica para compensação de oscilações de potência instantânea” Dissertação de mestrado,
FEB-UNESP, novembro de 2019, Orientador Helmo K. Morales-Paredes. (Processo FAPESP
17/20987-5)
Daniel Silva Campos. Sistemas CSVIU a Tempo Discreto - Um Estudo de Análise e Controle por
Normas. Dissertação de mestrado, FEEC–UNICAMP, 2020. Orientador Prof. Dr. J. B. Ribeiro do
Val
Karen Barbosa de Melo, Estudo de Métodos de Cálculo da Posição Solar Aplicados a Sistemas de
Geração Fotovoltaica, Dissertação de mestrado, FEEC–UNICAMP, 25 de setembro de 2019,
Orientador: Prof. Dr. Marcelo Gradella Villalva
Tatiane Silva Costa, Estudo e simulação de sistemas fotovoltaicos híbridos para aplicação
autônoma e conectada à rede, Dissertação de mestrado, FEEC–UNICAMP, 25 de setembro de
2019, Orientador: Prof. Dr. Marcelo Gradella Villalva
Caio dos Santos, Integração de um Conjunto de Pequenas Fontes Renováveis a Sistemas Elétricos
Interligados, Dissertação de mestrado, FEEC–UNICAMP, 6 de março de 2020, Orientador: Prof.
Dr. Christiano Lyra Filho
Trabalhos de Conclusão de Curso de Graduação e ICs
Caracterização em frequência de uma microrrede, Lucas de Luca, Trabalho de Conclusão de Curso
de Engenharia Elétrica, FEEC/Unicamp, segundo semestre de 2019.
Estudo do sistema de controle de inversor monofásico para geração distribuída, Walter Luiz Manzi
de Azevedo, Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Elétrica, FEEC/Unicamp, segundo
semestre de 2019.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
12
Difusão do conhecimento
1. Programa FAPESP/FUTURA
Temp. 21: Energia elétrica - José Antenor Pomilio: Pesquisa redes
inteligentes de energia elétrica para aumentar a confiabilidade, a
sustentabilidade e minimizar as perdas dessas redes.
2. “Novos desafios para a Eletrônica de Potência com o advento das redes inteligentes”, Webinar da
Associação Brasileira de Eletrônica de Potência – SOBRAEP, 4 de setembro de 2019. Disponível
em https://www.youtube.com/watch?v=EE0GIy7HG4E
3. "Importância das instituições de ensino, ciência e tecnologia no fortalecimento do ambiente de
inovação do setor fotovoltaico" Webinar#05 - APL ENERGIAS RENOVÁVEIS, 18 de junho de
2020. Apresentação do Prof. Fernando Marafão, ICTS-UNESP. Realizado pelo Arranjo Produtivo
Local em Energias Renováveis de Sorocaba e região, o evento contou com especialistas,
empresários, instituições de pesquisa, de ensino superior, poder público e entidades
representativas para discutir o cenário atual e o futuro do setor, seus desafios e oportunidades.
Disponível em https://youtu.be/8Hy7asWqi5M ou www.aplenergia.com.br
Cooperações Internacional e Nacional
O Projeto conta com o apoio e colaboração dos seguintes pesquisadores no exterior:
Elisabetta Tedeschi, Norwegian University of Science and Technology, Norway.
Paolo Tenti, Leopoldo Rossetto, Simone Buso, Paolo Mattavelli, Giorgio Spiazzi: Power
Electronics Group, Department of Information Engineering, University of Padova, Italy.
Marcelo Godoy Simoes, Colorado School of Mines, USA.
Josep Guerrero, Universidade de Aalborg, Dinamarca.
Tais colaborações têm resultado em publicações conjuntas (como é possível verificar pela
relação de publicações apresentada), em intercâmbios de pesquisadores, na realização de atividades de
pesquisa e divulgação, na troca de experiências técnicas e científicas, etc.
Com relação à cooperação com a Norwegian University of Science and Technology (NTNU),
através da parceria com a Profa. Elisabetta Tedeschi, podemos destacar neste último ano:
O projeto de cooperação internacional submetido à FINEP e ao RCN (agência correspondente
na Noruega) em 2018 foi classificado como aprovado, mas não foi priorizado para
financiamento. Tal projeto era centrado no tema de plataformas inteligentes de petróleo,
contanto com pesquisadores da UNESP e colaboradores da UFMG e da UFSC, e apoio da
Petrobras e da SAFT Brasil. No lado norueguês, além da NTNU, o projeto contava com a
participação da Equinor e ABB.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
13
Fruto da cooperação para preparação da proposta FINEP/RCN, uma proposta foi preparada e
apresentada apenas ao RCN na Noruega, sob coordenação da Profa. Tedeschi e em colaboração
com os Profs. Fernando P. Marafão da UNESP e do Prof. Danilo I. Brandão da UFMG. O
projeto (Efficiency increase and emissions reduction in offshore O&G platforms by wind
integration, storage deployment and cooperative control) foi aprovado e teve início em maio
de 2020, com a participação técnica e cofinanciamento da Equinor, ABB e SAFT Noruega.
Ainda como fruto do projeto FINEP/RCN, três propostas foram apresentadas no Brasil para a
Petrobrás, uma pela UNESP (coordenação do Prof. Marafão), uma pela UFMG (coordenação
do Prof. Brandão) e uma pela UFSC (coordenação do Prof. Telles Lazzarini), as quais foram
aprovadas e estão em fase de assinatura de contratos.
O projeto “NB_POCCREI Norwegian-Brazilian collaboration on Power Theories and
Cooperative Control for Renewable Energy Integration” foi finalizado em maio de 2020,
resultando publicações, coorientações, cotutela de doutorado, compartilhamento de material
didático, palestras e cursos no Brasil e na Noruega. Destaque especial para a disciplina
oferecida de forma conjunta na Noruega em 2018 e 2020, sobre o tema de Teorias de Potência
e Condicionadores de Energia. Esta atividade deve gerar um livro sobre o assunto.
O doutorando Augusto Matheus dos Santos Alonso, bolsista FAPESP, viajou para Noruega
entre junho de 2019 e março de 2020 (retorno antecipado pela pandemia), como parte dos
requisitos para a cotutela de doutorado (UNESP-NTNU). Durante este estágio, o bolsista pode
participar de diversas atividades teóricas e experimentais, o que além de resultar em várias
publicações conjuntas, ainda foi de grande utilidade para o compartilhamento das experiências
com a equipe no Brasil. Além disto, o doutorando também foi aprovado em seu exame de
qualificação de doutorado na NTNU no mês de fevereiro de 2020.
Bolsa BEPE/FAPESP junto à Universidade de Aalbrog, Dinamarca, para desenvolvimento
do projeto “Estudo e implementação do controle e do gerenciamento energético de uma
microrrede em corrente contínua, com sistema de geração de energia elétrica a partir de energia
eólica, usando gerador elétrico de relutância variável”. Doutorando: Pedro José dos Santos
Neto, orientado pelo prof. Ernesto Ruppert Filho e sendo supervisor: Prof. Dr. Josep Guerrero.
Participação na Rede Ibero-americana MEIHAPER - Microrredes Eléctricas Inteligentes
Híbridas con Alta Penetración de Energías Renovables. Fundada em 2017, a MEIHAPER é um
consórcio Iberoamericano, Rede Cyted nº 717RT0533, coordenada pelo Prof. Dr. Guillermo
Oscar Garcia (Univ. de Rio Cuarto, Argentina), formada por grupos de pesquisas e empresas
com o objetivo de desenvolver sistemas híbridos de geração de eletricidade para integração de
microrredes que possam ser replicadas. Os objetivos principais são a formação de recursos
humanos, transferência de conhecimento e apoio na geração de novos produtos.
Proposição de projeto SPRINT/FAPESP, para intercâmbio de pesquisadores, com a Royal
Melbourne Institute of Technology (RMIT), da Austrália: “Collaboration on Research and
Development of Smart Electrical Grids”. O projeto não foi aprovado, no entanto, por meio de
uma bolsa Santander o estudante Joel Guerreiro foi aceito para um estágio junto ao grupo do
RMIT. O estágio foi adiado em virtude da pandemia.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
14
Em termos de parcerias acadêmicas nacionais, as colaborações têm ocorrido com os seguintes
docentes/pesquisadores e instituições:
Prof. Dr. Danilo Iglesias Brandão, Departamento de Engenharia Elétrica, UFMG;
Prof. Dr. Tiago Davi Curi Busarello, Campus de Blumenau, UFSC;
Prof. Dr. Jakson Paulo Bonaldo, UFMT;
Prof. Dr. João Onofre Pereira Pinto, UFMS;
Prof. Dr. Telles Lazzarini, UFSC.
Em termos de parcerias industriais, além das doações registradas no relatório anterior, de um
inversor da empresa PHB Solar e do sistema de posicionamento de painéis FV como suporte às
pesquisas o PA Prof. Dr. Marcelo Gradella Villalva (colaboração com a SEW Eurodrive), o LabREI
recebeu a doação de um inversor fotovoltaico da ABB. Tais equipamentos estão disponíveis para uso.
Também é importante o trabalho dos pesquisadores do ICTS/UNESP junto ao setor produtivo e
poder público da região de Sorocaba, apoiando as atividades do Arranjo Produtivo Local (APL) em
Energias Renováveis. Ao final de 2019 o APL foi formalizado e contemplado em edital do Estado de
São Paulo com fomento para iniciar suas atividades de forma estruturada. Já em 2020 os pesquisadores
do ICTS deram suporte à realização de seis webinars com a participação de representantes do BNDS,
ABDI, ABGD, ABSOLAR, FIESP/CIESP, Câmara dos Deputados, Empresas, Universidades, etc. No
momento, os pesquisadores estão trabalhando para a proposição de um Centro de Inovação ligado ao
APL, bem como em modelos de editais de chamamento para integração Universidade-Empresa.
O projeto P&D ANEEL da CPFL Energia referente ao projeto “Campus Sustentável” da
Unicamp, possibilitou a instalação de 18 kWp através de dois conjuntos de painéis fotovoltaicos cuja
conexão com a rede física se dá através de um quadro elétrico no LabREI, contando com um inversor
trifásico e um bifásico. Uma chave permite fazer a conexão diretamente com a rede da FEEC (quando
a rede experimental não estiver ativada) ou através da rede do LabREI.
Vista parcial dos painéis fotovoltaicos instalados na FEEC e que alimentam a rede do LabREI
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
15
Iniciou-se em janeiro de 2020 projeto de P&D ANEEL “Desenvolvimento de Microrredes
Eficientes, Confiáveis e Sustentáveis”, envolvendo CPFL Energia, UNICAMP, UFMA e IATI (PE).
Trata-se do primeiro projeto de Redes Inteligentes da CPFL e que se adéqua perfeitamente aos
objetivos deste projeto Temático e à infraestrutura disponibilizada pelo LabREI.
Este projeto da CPFL prevê diversos níveis de aplicações de redes inteligentes CC e CA, em
níveis crescentes de potência. Assim, está em implantação em uma área do campus (envolvendo vários
edifícios) de uma microrrede experimental “real” com potência de 1 MVA.
Observe-se que este é o estágio imediatamente seguinte ao que se propõe o Projeto Temático,
especialmente no que se refere ao LabREI, que é uma rede plenamente experimental com fins
acadêmicos. A possibilidade de verificar o comportamento de uma rede com cargas e usuários reais,
mas ainda plena de possibilidades de medições e de intervenções programadas é uma grande
oportunidade de verificação dos resultados perscrutados nas pesquisas vinculadas ao Projeto.
Com recursos deste projeto de P&D, a capacidade do LabREI está sendo ampliada, com
equipamentos adicionais (simulador PV, simulador Baterias, cargas programáveis) e sistema de
simulação em tempo real com estrutura HIL, além de melhorais de espaço físico e mobiliário.
Ao longo do terceiro ano de atividades o LabREI recebeu diversas visitas, além de estar aberto
ao público durante o evento de recepção a ex-alunos, calouros e suas famílias (fevereiro de 2020).
1. Pesquisadores do Chinese Electric Power Research Institute – CEPRI, acompanhados de
profissionais da CPFL, em 17 de julho de 2019.
2. Visita de toda equipe do Projeto Temático, em 25 de julho de 2019.
3. Visita de Jonathan Liu (Rigol) e Pedro Sertek (Ohmini), 1° de agosto de 2019.
4. Visita do Prof. Guillermo O. Garcia, Universidade de Rio Cuarto, Argentina, coordenador da
rede CYTED-MEIHAPER em microrredes, em 23 de agosto de 2019.
5. Visita dos Profs. Jakson Bonaldo, da UFMT e Helmo Paredes, da UNESP, 11/09/2019.
6. Visita de Comitiva da Escuela Superior Politécnica del Litoral (Equador), 09/10/2019.
7. Visita da Profa. Elisabetta Tedeschi, NTNU, Noruega, 14 de novembro de 2019.
8. Visita do Prof. Paolo Mattavelli, Universidade de Pádua, Itália, 5 de dezembro de 2019.
9. Visita de Bruno Menezes, Hioki e Enrique Capilla, Precision Solutions, 16 de janeiro de 2020.
10. LabREI aberto a visitas durante o evento com ex-alunos e ingressantes na FEEC, 29/02/2020.
11. Visita de Eng. Eduardo Rodrigues de Lima, Instituto Eldorado e Prof. Luis Geraldo Meloni,
Unicamp, 1° de julho de 2020.
Visita de comitiva da CPFL e CEPRI ao LabREI (julho de 2019)
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
16
Visita do Prof. Paolo Mattavelli, Fellow IEEE, em dezembro de 2019.
A página internet do Projeto, com versões em português e inglês, está disponível em:
https://www.fee.unicamp.br/lab-rei
Constantemente em construção, a página traz informações iniciais sobre os objetivos e a
infraestrutura disponível, bem como indica as produções realizadas (com link para as mesmas),
tornando imediato o acesso aos resultados decorrentes do projeto.
Com a finalização das instalações e o desenvolvimento do sistema de configuração dos
equipamentos, serão definidos os critérios para uso das facilidades a usuários externos.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
17
Relatório Parcial nº 3 Julho de 2019 a Junho de 2020
A seguir são apresentados, de forma sucinta, resultados referentes às várias frentes de pesquisa.
Pesquisas em Eletrônica de Potência e Condicionamento de Energia Elétrica
Atividades em sistemas de controle para conversores eletrônicos de potências empregados na
conexão de fontes renováveis (Atividades relacionadas ao doutorando Ângelo S. Lunardi e Prof.
Alfeu J. Sguarezi Filho - UFABC)
Estão sendo abordadas técnicas de controle com objetivo de injetar as potências ativa e reativa
desejadas na rede elétrica com emprego de inversores e gerador de indução.
A primeira abordagem trata-se de um Controle Preditivo Generalizado (GPC) para um gerador
de indução duplamente alimentado aplicado a sistemas de energia eólica. O presente controlador usa a
formulação de espaço de estados como modelo de predição. Além disso, a estratégia de controle
vetorial foi usada para controlar a potência ativa e reativa do estator e restrições às tensões são
adicionadas, devido ao vetor tensão calculado poder exceder o seu valor nominal. Adicionalmente, foi
desenvolvida uma metodologia para escolher parâmetros GPC com base em sua função de
transferência em malha fechada. Finalmente, a predição do controlador com restrições é implementada
num DSP (Digital Signal Processor) em uma bancada experimental na qual resultados são obtidos
para endossar a teoria proposta.
A outra abordagem foi baseada na simulação de um controle preditivo para injetar potência ativa
e reativa na rede elétrica. O conversor dividido pode ser operado com baixa tensão na barra CC,
otimizando a quantidade de componentes, como indutores, capacitores, diodos, proporcionando perdas
mínimas e distorções harmônicas totais mais baixas quando comparado com o inversor convencional.
O objetivo é comparar dois tipos de controle preditivo e um controlador proporcional – integral,
sistema convencional trifásico e inversor Split Source a partir de resultados de simulação.
Publicações
RODRIGUES, LUCAS LIMA; VILCANQUI, OMAR A.C.; CONDE D., ELIOMAR R. ; GUERERO,
JOSEP M.; Sguarezi Filho, Alfeu J.; Generalized Predictive Control applied to the DFIG power control
using state-space model and voltage constraints. ELECTRIC POWER SYSTEMS RESEARCH, v. 182, p.
106227, 2020.
M. S. Sousa, R. B. F. FIGUEIREDO, A. LUNARDI, E. R. C Duque, A J Sguarezi Filho. Análise
Comparativa de Topologia de Conversores Conectados à Rede Elétrica. Simpósio Brasileiro de Sistemas
Elétricos (SBSE 2020). Santo André – SP, Brasil. (Aceito para publicação)
Colaborações:
O trabalho no periódico Electric Power Systems Research contou com a colaboração do prof. Josep
Guerrero, Fellow do IEEE e professor na Aalborg University na Dinamarca.
https://scholar.google.com/citations?user=cj43vw4AAAAJ&hl=en
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
18
Desenvolvimento de Retificador Ativo utilizando Inversor de Alta Frequência (Atividades relacionadas
ao doutorando Joel Filipe Guerreiro e Prof. J. A. Pomilio - Unicamp)
O Retificador Ativo é utilizado para suprir energia para uma carga contínua a partir de uma fonte de
energia alternada. Este tipo de retificador é interessante, pois possibilita retificação com correntes senoidais
e em alto fator de potência. O retificador foi desenvolvido para ser conectado na microrrede do LabREI.
Este conversor será igualmente aplicado a microrredes menores, como a microrrede formada pela Utility
Interface desenvolvida e apresentada no relatório do ano 2.
Retificador ativo
Estudo da estabilidade de inversores em Microrredes de Energia (Atividades relacionadas ao
doutorando Joel Filipe Guerreiro e Prof. J. A. Pomilio - Unicamp)
No cenário das microrredes, as fontes e cargas devem operar continuamente balanceando
geração e demanda, assim como gerenciando a qualidade da energia. Devido à alta penetração de
inversores e equipamentos eletrônicos na rede elétrica, a estabilidade e confiabilidade estão se
tornando assuntos igualmente importantes, uma vez que a conexão paralela de diversos conversores
pode levar à instabilidade. Neste sentido, o trabalho de doutorado do estudante explora um cenário em
que uma microrrede ilhada torna-se oscilatória, tendo sua estabilidade comprometida.
A figura ilustra um circuito equivalente de microrrede composta por uma fonte (Vref) e uma
impedância (Zog), representado a rede de energia. Adicionalmente, a figura ilustra um retificador ativo,
simbolizado por uma impedância (Zo) e uma fonte de corrente (Iref). Na Figura seguinte observa-se o
diagrama de Bode da impedância de cada um dos elementos. A partir desta representação, é possível
inferir a estabilidade da rede, observando os pontos de baixa impedância e fase acentuada (nas
proximidades de 180º).
Circuito equivalente de microrrede de energia.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
19
Impedâncias dos elementos da microrrede.
Publicação
J. F. Guerreiro, H. Guillardi Júnior, J. I. Yutaka Ota and J. A. Pomilio, "An Enhanced Thévenin Equivalent
Circuit of a Resonant-Controller-Based Utility-Interface," 2019 IEEE 15th Brazilian Power Electronics
Conference and 5th IEEE Southern Power Electronics Conference (COBEP/SPEC), Santos, Brazil, 2019, pp. 1-
6, doi: 10.1109/COBEP/SPEC44138.2019.9065660.
Esse artigo recebeu o prêmio de Best Student Paper no IEEE SPEC & COBEP 2019
Desenvolvimentos relacionados ao projeto da bolsa PD (João I. Y. Ota)
Anteriormente se descreveu no relatório do ano 2018-2019 alguns aspectos dentro do contexto
de estabilidade de conversores na rede elétrica, os quais são relacionados com (i) o ponto de operação
de potência do CEP, (ii) os efeitos oriundos de métodos de sincronização dos CEPs com a rede
elétrica, (iii) os efeitos oriundos de estratégia de controle internos do CEP e (iv) os efeitos oriundos de
ressonância entre cabos e a impedância de saída dos CEPs. Ferramentas de análise para o estudo de
tais instabilidades tem suas bases no Critério de Estabilidade de Nyquist. O Critério de Estabilidade de
Nyquist já é utilizado no estudo de estabilidade de projeto de conversores CC-CC, mas pode ser
aplicado de maneira genérica a qualquer tipo de sistema. Um dos aspectos mais abordados dentro do
estudo de estabilidade é o incremento negativo da resistência de conversores CC-CC ou CC-CA, o
qual resulta da regulação de tensão de saída desses conversores quando operando como cargas de
potência constante (CPL - constant power loads). A seguir discutem-se alguns aspectos que envolvem
o uso do Critério de Estabilidade de Nyquist para sistemas em CEP.
A relação entre a impedância de saída de um conversor e a impedância da carga da qual um
sistema pode ser mostrada a seguir.
A função de transferência TF pode ser interpretada como o ganho da malha que satisfaz o
Critério de Estabilidade de Nyquist. Se seu módulo for sempre menor que um, não há instabilidade no
sistema. Este critério tem sido largamente utilizado no projeto de conversores CC-CC. Entretanto, no
caso de conversores conectados à rede CA existem limitações adicionais, tanto em termos do filtro
quanto do conversor.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
20
Modelo em circuito equivalente de Thévenin e relação de tensão de entrada e tensão de saída.
Em sistemas CA não há um ponto de operação de operação em corrente contínua, portanto uma
abordagem possível é o uso de transformações simétricas das variáveis de tensão e corrente para um
eixo de coordenadas síncronas (eixo d-q). Nesse caso, métodos tradicionais de linearização podem ser
aplicados, porém com a presença de impedâncias tanto no eixo direto quanto no eixo de quadratura e
acopladas (Zdd, Zdq, Zqd, Zqq) em uma matriz quadrada. Artigos têm demonstrado que a análise dos
elementos individuais da matriz possui similaridades com a análise de estabilidade do CEP ante a
certos aspectos de estabilidade. Um exemplo é a observação que análises da impedância Zqq podem ser
usadas para avaliar aspectos de estabilidade do Phase Lock-Lopp (PLL) de um conversor.
Estudos de Sun1 estabeleceram o que vem sendo chamado de “Critério de Estabilidade baseado
em Impedância” para CEPs conectados a uma rede elétrica. Mostra-se que a maneira mais adequada de
representação de um CEP para estudos de estabilidade em redes elétricas seria um circuito equivalente
de Norton (um fonte de corrente equivalente), embora essa representação tenha sido feita até então por
um circuito equivalente de Thévenin. O uso do circuito equivalente de Norton permite um
modelamento mais próximo do comportamento real de tais conversores na rede elétrica, e a conclusão
desse artigo é que a impedância de saída (no modelo de Norton) de um conversor conectado à rede
deve ser o maior possível para permitir a estabilidade em faixa extensa de frequência de operação.
Uma outra análise que envolvendo um estudo mais aprofundado da estabilidade de conversores
foi feito por Harnefors et. al.2 De acordo com os autores, um CEP seria estável se sua “admitância de
entrada” se comportasse como um sistema puramente “passivo”, independentemente da causa de uma
eventual instabilidade. Em outras palavras, a admitância de entrada não apresenta um comportamento
de resistência negativa em nenhuma faixa de frequência, refletindo o mesmo ponto de vista quanto ao
Critério de Estabilidade de Nyquist. Na prática, é impossível que um CEP seja puramente “passivo”.
Porém, é possível evitar instabilidades em certas frequência de ressonância garantindo que um
comportamento de resistência “não-negativa” ocorra por parte do CEP nessas faixas de frequência.
Essa análise faz uso extensivo de modelagem e de funções de transferência. Necessita-se do
conhecimento dos parâmetros de rede e conversores para que tal análise seja realizada com precisão.
O uso de medições para a obtenção da impedância de redes é uma alternativa para mitigar
incertezas decorrentes da modelagem e indisponibilidade de informações a respeito da impedância de
saída de conversores conectados à redes elétricas3. Por outro lado, o uso de equações de estados
4,5 na
1
J. Sun, "Impedance-Based Stability Criterion for Grid-Connected Inverters," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 26, no. 11, pp. 3075-3078,
Nov. 2011. 2
L. Harnefors, M. Bongiorno and S. Lundberg, "Input-Admittance Calculation and Shaping for Controlled Voltage-Source Converters," in IEEE
Transactions on Industrial Electronics, vol. 54, no. 6, pp. 3323-3334, Dec. 2007. 3
B. Wen, D. Boroyevich, R. Burgos, P. Mattavelli and Z. Shen, "Analysis of D-Q Small-Signal Impedance of Grid-Tied Inverters," in IEEE Transactions
on Power Electronics, vol. 31, no. 1, pp. 675-687, Jan. 2016. 4
E. D. Queiroz and J. Antenor Pomilio, "SRF-PLL Influence on the Stability of a Current Source Converter in Droop Mode," 2019 IEEE 15th Brazilian
Power Electronics Conference and 5th IEEE Southern Power Electronics Conference (COBEP/SPEC), Santos, Brazil, 2019, pp. 1-6. 5
E. D. Queiroz and J. Antenor Pomilio, "Synchronous Reference Frame PLL Frequency Estimation under Voltage Variations," 2019 IEEE 15th Brazilian
Power Electronics Conference and 5th IEEE Southern Power Electronics Conference (COBEP/SPEC), Santos, Brazil, 2019, pp. 1-6.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
21
análise de estabilidade permite um maior desacoplamento dos diversos efeitos que influenciam a
“formação” da impedância de entrada de um conversor, e vem sendo a abordagem feita no LabREI.
Espera-se que isso também permita um melhor entendimento do efeito quando diversos conversores
são considerados, nos quais a abordagem por funções de transferência pode se tornar muito mais
complexa.
Análise de operação e estabilidade de microrredes híbridas
Projeto de IC de Victor Cordeiro, orientador Prof. J. A Pomilio
No trabalho foi analisada a microrrede apresentada na figura 1 e diversos aspectos relacionados
ao funcionamento e estabilidade da mesma.
Figura 1 – Microrrede analisada no trabalho.
Os tópicos abordados foram:
Especificação da rede.
Modelagem das cargas.
Modelagem dos Painéis Fotovoltaicos.
Modelagem do banco de baterias.
Modelagem dos conversores.
Considerações sobre a escolha dos parâmetros de controle na estabilidade dos conversores.
Em relação à operação da rede foram desenvolvidos fluxogramas para definir como os conversores
devem operar de modo que seja possível a estabilidade da microrrede, evitando que dois controles
independentes controlem a tensão ou corrente do mesmo barramento, por exemplo. O funcionamento
da microrrede permite injetar potência na rede quando a potência gerada pelos painéis solares for
maior do que o demandado pelas cargas conectadas nos barramentos CC de 380V e 48V.
Foram modelados diferentes tipos de cargas nos barramentos, sendo analisado e desenvolvido um
modelo para a carga de potência constante, apresentada na figura 3.
Em relação aos painéis fotovoltaicos, foi analisada a utilização do MPPT e o modelo foi obtido
com base nos dados de placa dos painéis solares instalados nas dependências da FEEC- UNICAMP,
inserindo os parâmetros no modelo físico do PSIM, considerando a associação entre diversos painéis.
A modelagem e o dimensionamento dos conversores tiveram como objetivo obter equações para
que se garanta o funcionamento no MCC e ripple especificados e se consiga um modelo para o
controle adequado dos conversores.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
22
Figura 3 – Circuito desenvolvido para modelar uma carga ativa.
Para a análise de estabilidade, foi considerado o procedimento apresentado por
(MIDDLEBROOK, 1976), analisando a impedância do conversor com a da carga, cuja razão deve ter
módulo menor do que 1, condição suficiente para que se garanta a estabilidade, podendo-se verificar a
influência dos parâmetros de controle.
Com uma carga RC, foi mostrado que em um conversor Buck é possível garantir a estabilidade
com um conversor inicialmente instável com o aumento da capacitância do filtro, conforme
apresentado no diagrama de Nyquist mostrado na figura 4.
Figura 4 – Obtenção da estabilidade de um conversor Buck com o aumento da capacitância do filtro de
saída.
É possível considerar o barramento apresentado na figura 1 como o equivalente Thevenin dos
conversores e cargas conectados, conforme mostrado na figura 5.
Figura 5 – Equivalente Thevenin das cargas, fontes e conversores conectados no barramento da fig. 1.
Comparação das performances dinâmicas de três estratégias de PLL frente a variações de tensão
e frequência (Atividades do doutorando Eliabe Duarte Queiroz e Prof. J. A. Pomilio - Unicamp)
O desempenho de três algoritmos foi investigada, um SRF-PLL simples, um SRF-PLL com um
filtro notch ressonante sintonizado, e um PLL com duplo integrador generalizado de segunda ordem
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
23
(DSOGI-PLL). Como o PLL mais simples é sensível a desbalanços, os incrementos na sua estrutura
visam eliminar a influência da sequência negativa que surge devido a desbalanços na rede.
Entre os instantes IV e V as entradas são submetidas a um afundamento de tensão trifásico de
10%, fazendo com que as componentes d e q da tensão diminuam de mesma proporção
simultaneamente. A partir do instante V ocorre um afundamento monofásico de 10%.
O primeiro gráfico da figura 1 é a estimativa de frequência dos PLLs contendo as porções
integrais e proporcionais, , e . O segundo gráfico apresenta as estimativas só com a parte
integral, , e . No terceiro, mostra o comportamento da fase estimada por cada PLL, ,
, . O que se observa desses gráficos é que o SRF-PLL tem estimativas de frequência e
tensão bastante sensíveis na presença de desbalanços monofásicos. A eliminação da porção
proporcional da estimativa garante uma estimativa de frequência mais comportada. O SRF-PLL com
filtro ressonante é capaz de filtrar as componentes da estimativa que decorrem de desbalanços
monofásicos da rede. Entretanto a sua resposta dinâmica para estimativas de fase e frequência
apresentam oscilações devido ao baixo amortecimento introduzido pelo filtro ressonante. Essas
oscilações também são atenuadas ao eliminar a parte proporcional, no segundo gráfico.
O DSOGI-PLL apresenta uma resposta que atenua as componentes em frequência mais alta,
devido à introdução dos integradores generalizados de segunda ordem que filtram os sinais na entrada
do PLL. Assim variações bruscas de tensão são mais atenuadas mesmo na presença da parte
proporcional na estimativa. Na ausência do proporcional nessas estimativas as variações bruscas são
ainda mais atenuadas. A introdução dos integradores generalizados não introduz oscilações na saída
das estimativas, mesmo na ocorrência de desbalanço monofásico, entretanto surgem dinâmicas devido
aos afundamentos trifásicos de tensão.
Assim podemos concluir que tanto o DSOGI-PLL quanto o SRF-PLL com filtro notch
ressonante são eficientes para eliminar as perturbações introduzidas pelos desbalanços. Entretanto
maiores estudos devem ser destinados para verificar o impacto da escolha do PLL na estabilidade do
conversor conectado a rede.
.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
24
Publicações
“Synchronous reference frame PLL frequency estimation under voltage variations”, Eliabe D. Queiroz, J.
A. Pomilio, 5th IEEE Southern Power Electronics Conference & 15º Congresso Brasileiro de Eletrônica de
Potência – COBEP-SPEC 2019, Santos, 1 a 4 de dezembro de 2019.
“SRF-PLL Influence on the Stability of a Current Source Converter in Droop Mode”, Eliabe D. Queiroz, J.
A. Pomilio, 5th IEEE Southern Power Electronics Conference & 15º Congresso Brasileiro de Eletrônica de
Potência – COBEP-SPEC 2019, Santos, 1 a 4 de dezembro de 2019.
Estudos de supraharmônicas em microrredes (Atividades do mestrando Rafael K. Carneiro e Prof.
J. A. Pomilio - Unicamp)
A emissão de distúrbios na rede elétrica por conversores de potência (CEPs), incluindo
inversores para sistemas fotovoltaicos (FV), ocorre além da 40ª ou 50ª harmônica, em frequências
acima dos 2 ou 3 kHz6 , e são distúrbios relacionados com a frequência de chaveamento dos CEPs.
6 Klatt, M.; Meyer, J.; Schegner, P.; Lakenbrink, C. Characterization of supraharmonicemission caused by small
photovoltaic inverters. In:Mediterranean Conference on PowerGeneration, Transmission, Distribution and Energy
Conversion (MedPower 2016). 2016. p. 1–6.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
25
Figura 1 – (a) Tensão de uma fase e (b) espectro de frequência evidenciando as emissões
supraharmônicas observadas em uma planta fotovoltaica com 17 inversores totalizando 1MW, que
possui estudo de otimização pelo processo 19/10684-0 da FAPESP.
É possível observar emissões em 16 kHz, que até superam em intensidade as emissões na faixa
harmônica (até 3 kHz), e suas múltiplas em torno de 32 kHz, 48k Hz e 64 kHz, com intensidade
reduzida mas ainda relevante em comparativo com as emissões harmônicas na frequência de 32 kHz.
Essas emissões superam as frequências na faixa das harmônicas cobertas pelas normas IEC
61000-3-2:2018 e IEEE 519:2014, ABNT NBR 16149:2013 e ABNT NBR 16150:2013, utilizadas
para a análise de conformidade da emissão em redes elétricas e certificação de inversores FV.
Figura 2 - Espectro de frequência na entrada de energia do Laboratório de Pesquisas em Redes
Elétricas Inteligentes (LabREI) da UNICAMP, com inversores FV ligados (vermelho) e desligados
(preto)
De forma geral, CEPs e equipamentos que utilizem conversores de correção ativa de fator de
potência (PFCs) que utilizam modulação por largura de pulso (PWM) na frequência de dezenas de kHz
são fontes de supraharmônicas, tais como lâmpadas LED, fluorescentes compactas (CFLs) e
carregadores de veículos elétrico (EV). É possível observar na Figura 2 as emissões supraharmônicas
em 20 kHz devido aos inversores fotovoltaicos conectados ao LabREI, em sua entrada de energia. Há
também, tanto com os inversores ligados ou desligados, um distúrbio em 18 kHz devido a um CEP
ainda desconhecido, provavelmente lâmpadas LED.
Darmawardana, D.; Perera, S.; Robinson, D.; Ciufo, P.; Meyer, J.; Klatt, M.; Jayatunga,U. Investigation of high
frequency emissions (supraharmonics) from small, grid-tied, photovoltaic inverters of different topologies. In:2018
18th International Conference on Harmonics and Quality of Power (ICHQP), 2018. p. 1–6. ISSN 2164-0610.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
26
Publicação:
R. K. Carneiro, J. I. Y. Ota and J. A. Pomilio, "Field Measurements of Non-intentional Emissions above 2
kHz in Photovoltaic Inverter Installations," 2020 IEEE 29th International Symposium on Industrial
Electronics (ISIE), Delft, Netherlands, 2020, pp. 1503-1508, doi: 10.1109/ISIE45063.2020.9152213. Best
Section Paper Award
Perspectivas de Pesquisa em Eletrônica de Potência e Condicionamento de Energia Elétrica com
foco no aspecto Fontes fotovoltaicas e acumuladores de energia. Prof. Dr. Flávio Alessandro Serrão
Gonçalves, Instituto de Ciência e Tecnologia de Sorocaba (ICTS) - UNESP
a. Felipe Augusto Ferreira de Almeida (Doutorado). Título do Projeto: “Aplicações de
Conversores Baseados em Redes de Impedância em Sistemas de Microgeração de Energia
Elétrica Renováveis” - Orientador: Prof. F. A. S. Gonçalves
b. Marcelo Tirolli (Doutorado). Título do Projeto: “Sistemas de Controle de Gestão de Energia
Multifuncional para Conversores baseados em redes de impedância do tipo-Y aplicados em
Microgeração de Energia Distribuída”. - Orientador: Prof. F. A. S. Gonçalves
c. Rafael dos Santos (Mestrado: Bolsista CAPES). Título: “Microinversor do tipo-Y monofásico”.
- Orientador: Prof. F. A. S. Gonçalves
d. William Hertz Ganzenmuller (Mestrado). Título: “Sistemas de Carregamento de Veículos
Elétricos Multifuncionais”. - Orientador: Prof. F. A. S. Gonçalves
e. Marcus Vinicius Maia Rodrigues (Doutorado). Título do Projeto: “Conversores Empregando
Rede De Impedância com Acoplamento Magnético Para Microgeração De Energia Elétrica” –
Orientador: Prof. F.A.S. Gonçalves
f. Sophia Martins Braghetto Barillari (Trabalho de Conclusão de Curso). Estudo Dos Impactos
Devido A Variações Paramétricas Na Operação De Inversores Do Tipo Fonte-Y. Início: 2019.
Orientador: Prof. F. A. S. Gonçalves
As atividades de pesquisa estão em aderência com o Tópico: Perspectivas de Pesquisa em
Eletrônica de Potência e Condicionamento de Energia Elétrica com foco no aspecto Fontes
fotovoltaicas e acumuladores de energia. Especificamente, a evolução das pesquisas no período esteve
relacionada com o estudo de conversores CC-CC e CA-CC (inversores) empregando redes de
impedância, em especial as topologias considerando acoplamento magnético denominadas fonte-Y e
sua variante quase-fonte-Y. As pesquisas resultaram no desenvolvimento de modelos matemáticos
(regimes permanente e dinâmico), em metodologias de projeto otimizadas para dos elementos que
compões a rede de impedância e na exploração e na avaliação da aplicação de diferentes estratégias de
modulação modificadas para o controle dos intervalos de condução conjunta, inerentes da operação
com redes de impedância.
Os modelos desenvolvidos previamente permitiram a demonstração de que a obtenção de do
ponto de operação poderia ser realizada por diferentes arranjos de configurações da rede de
impedância, seja pelos valores absolutos dos indutores ou capacitores ou pelo arranjo das razões de
acoplamento escolhidas nas espiras, em conjunto dos sinais de razão cíclica de controle. Os modelos
ideais permitiram o desenvolvimento de metodologias de projeto e constatações operacionais
importantes. Entretanto, a não contabilização das perdas ôhmicas nos modelos resulta em erro relativo
na estimação das grandezas elétricas envolvidas na operação, em especial no ganho estático de tensão,
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
27
esforços de tensão e corrente nos componentes e no rendimento. Assim, com relação ao
desenvolvimento dos modelos matemáticos, as explorações apresentaram avanços envolvendo a
obtenção de modelos matemáticos contabilizando perdas ôhmicas (resistências série equivalente em
indutores e capacitores e em perdas de condução nos interruptores), tornando os modelos obtidos
válidos em regiões em que os modelos idealizados apresentaram divergência, especialmente nas
condições de ganhos elevados com correntes de carga elevadas. A figura 1 mostra exemplos de curvas
relacionadas com o ganho estático de tensão para a estrutura baseada na rede de impedância do tipo
fonte-Y, provenientes do modelo idealizado e do modelo contabilizando perdas, tomando diferentes
relações de transformação (K) para os indutores acoplados, demonstrando aspectos de limitação na
obtenção dos ganhos.
Figura 1 – Exemplo de curvas do ganho estático de tensão para a estrutura baseada na rede do
tipo fonte-Y: (a) ideal; (b) não ideal;
Figura 2 – Resposta dinâmica do conversor
quase-fonte-Y considerando distúrbio na
tensão de entrada.
Figura 3 – Diagrama de bode da função de
transferência GVC1/D, frente a variação
paramétrica da resistência série do indutor de
entrada.
Fundamentando-se em modelos de pequenos sinais CA, modelos dinâmicos e as principais
funções de transferência de cada conversor foram desenvolvidas, considerando igualmente as
contabilizações das perdas. Análises foram realizadas para avaliar a aderência na representação do
comportamento dinâmico, e o impacto na operação e na estabilidade das topologias avaliadas frente a
distúrbios e variações paramétricas. A figura 2 mostra um exemplo da resposta dinâmica do conversor
baseado na rede tipo quase-fonte-Y considerando distúrbio na tensão de entrada, visando demonstrar a
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
28
aderência do modelo com o confronto de resultados do modelo chaveado e do modelo dinâmico
desenvolvido. A figura 3 mostra o diagrama de bode da função de transferência da variável de estado
relacionada com a tensão no capacitor (VC1) da rede de impedância em relação a razão de condução
conjunta (shoot-through) (D), considerando a variação paramétrica da resistência série do indutor de
entrada da rede de impedância, demonstrando a influência da variação deste parâmetro da variável de
estado em análise.
Adicionalmente, considerando que uma das variáveis de controle para a obtenção do ganho das
topologias consiste da razão de condução conjunta (shoot-through), as evoluções das pesquisas
também envolveram a exploração e a análise do emprego de diferentes estratégias de modulação por
largura de pulso modificadas para prover o estado de condução conjunta, pois este é um estado não
existente na concepção clássica da modulação por largura de pulso senoidal. Neste sentido, as
estratégias denominadas Simple Boost Control (SBC), Maximum Boost Control (MBC) e Maximum
Constant Boost Control (MCBC), e suas modificações devido a incorporação de injeção de harmônicos
foram avaliadas considerando diferentes índices de mérito estabelecidos (ganho máximo obtido,
ondulação de corrente e tensão, DHT da tensão, esforços de corrente e tensão, tempo de
estabelecimento). A figura 4 apresenta as formas de onda relacionadas com a operação do conversor
CC-CA quase-fonte-Y considerando a aplicação de três diferentes estratégias de modulação (SBC,
MBC+3ª e MCBC + 3ª). As análises matemáticas e de simulação demonstraram de forma geral para as
famílias dos conversores avaliados que as estratégias contemplando injeção de harmônicos (3ª)
apresentaram melhores índices de mérito em relação as demais estratégias.
Figura 4 – Formas de onda relacionadas com a operação do conversor CC-CA quase-fonte-Y
considerando a aplicação de diferentes estratégias de modulação.
Publicações
1. SANTOS, R.; GONÇALVES, F. A. S. Sinusoidal PWM techniques comparison for the Quasi-Y-Source
Inverter. In: VIII Simpósio Brasileiro de Sistemas Elétricos (SBSE 2020), 2020, Santo André-SP.
2. ALMEIDA, F. A. F.; SOARES, F. G.; GONÇALVES, F. A. S.; Z-Source Inverter for Photovoltaic
Microgeneration. In: 5th IEEE Southern Power Electronics Conference & The 15th Brazilian Power
Electronics Conference, 2019, Santos-SP.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
29
3. SANTOS, R.; OLIMPIO FILHO, J. A.; GIL, E. ; MARAFÃO, F. P.; GONÇALVES, F. A. S.; Modeling
Battery Energy Storage System operating in DC microgrid with DAB converter. In: 5th IEEE Southern
Power Electronics Conference & The 15th Brazilian Power Electronics Conference, 2019, Santos-SP.
4. RODRIGUES, M. V. M.; SILVA, N. ; GONÇALVES, F. A. S.; Static Transfer Switch Applied to Single-
Phase Uninterruptible Power Supply. In: 5th IEEE Southern Power Electronics Conference & The 15th
Brazilian Power Electronics Conference, 2019, Santos-SP.
5. TIROLLI, M. N.; GONCALVES, F.A.S. . Detecção de Corrente Nula em Conversores Boost Operando em
Modo Crítico. In: 14º Simpósio Brasileiro de Automação Inteligente, 2019, Ouro Preto - MG.
6. GANZENMULLER, W. H.; GONÇALVES, F. A. S. Revisão de Sistemas de Carregamento de Veículos
Elétricos. In: XIII Conferência Brasileira sobre Qualidade de Energia Elétrica - CBQEE2019, 2019, São
Caetano do Sul-SP.
7. TIROLLI, M. N.; MARCELO, A. B.; GONÇALVES, F. A. S.; Metodologia para Dimensionamento de
Indutores com Núcleo Toroidal Visando Aplicação em Conversores CC-CC. In: 4o Congresso de Pós-
Graduação do IFSP - ConPoG 2019, 2019, Sorocaba-SP.
8. ALMEIDA, F. A. F.; LIBERADO, E. V.; MARAFÃO, F. P.; GONÇALVES, F. A. S.; Análise Da
Operação Do Svc Em Rede De Baixa Tensão Com Componentes Harmônicas Utilizando Tpc. In: 4o
Congresso de Pós-Graduação do IFSP - ConPoG, 2019, Sorocaba-SP.
9. ALMEIDA, F. A. F.; LIBERADO, E. V.; MARAFÃO, F. P.; GONÇALVES, F. A. S.; Impactos Da
Regulação De Tensão Com Compensador Estático De Reativos Em Sistemas Elétricos Com Geração
Distribuída. In: 4o Congresso de Pós-Graduação do IFSP - ConPoG 2019, 2019, Sorocaba-SP.
Pesquisas relacionadas no uso multifuncional de inversores, teorias de potência e identificação de
cargas e fontes. Pesquisador Associado: Prof. Dr. Helmo K. Morales Paredes
Como previsto no cronograma do projeto temático, estão em andamento estudos relativos à
proposição e desenvolvimento de técnicas de controle para gerar sinais de referência que possibilitem
adicionar serviços ancilares aos inversores conectados à rede elétrica. Além da necessidade de
identificar e caracterizar as cargas e as fontes que contribuem a deterioração da qualidade da energia
elétrica (QEE) é importante definir uma base teórica para identificar, o que e como devem ser
compensados os distúrbios para aprimorar e manter os indicadores de QEE dentro dos limites
permitidos pelas normas. A seguir são discutidos resumidamente os resultados já publicados neste
terceiro ano de trabalho.
J. P. Bonaldo J. A. O. Filho, A. M. S. Alonso, F. P. Marafão, H. K. Morales-Paredes, “Modeling and
Control of a Single-Phase Grid-Connected Inverter with LCL Filter” IEEE Latin America
Transactions, 2020. (Aceito para publicação).
Este artigo descreve detalhadamente a modelagem e o controle de um inversor multifuncional
conectado à rede elétrica quando a impedância da rede é desconhecida. É utilizado um filtro do tipo
LCL na saído do conversor e uma abordagem de amortecimento ativo é empregada para atenuar as
oscilações que ocorrem nas interações entre a rede elétrica e as indutâncias e capacitâncias do filtro
LCL. Os resultados demonstram que o filtro LCL possibilita a obtenção de formas de onda de corrente
e tensão praticamente livres de ondulação de alta frequência. Além disso, ressalta-se que, mesmo com
variações abruptas de carga, a estabilidade do inversor é mantida e, tanto a corrente pela rede quanto a
corrente de saída do inversor não apresentam oscilações em alta frequência ou ressonâncias devido à
atuação da estratégia de amortecimento ativo de ressonâncias no filtro LCL. Portanto, o inversor pode
ser conectado a uma rede de impedância desconhecida, visando a injeção de potência ativa e
oferecendo serviços ancilares, tais como a filtragem ativa de harmônicos e reativos. Ressalta-se que
este trabalho é fruto da cooperação com o Prof. Bonaldo da UFMT.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
30
J. A. O. Filho, H. K. Morales-Paredes, A. M. S. Alonso, J. P. Bonaldo, F. P. Marafão, M. G. Simões,
“3-Phase Multi-Functional Grid-Tied Inverter for Compensation of Oscillating Instantaneous
Power”. In: 15th Brazilian Power Electronics Conference and 5th IEEE Southern Power Electronics
Conference (COBEP/SPEC), 2019, Santos. 2019. DOI: 10.1109/COBEP/SPEC44138.2019.9065443
O trabalho propõe uma nova abordagem baseada nos termos básicos da CPT, do inglês
Conservative Power Theory para identificar as parcelas oscilatórias da potência instantânea em
sistemas trifásicos a três condutores. Os termos oscilatórios são derivados dos termos de potência
instantânea (p) e energia reativa instantânea (w) da CPT as quais são decompostas em parcelas medias
(¯p e ¯w) e oscilatórias (p ̃ e w ̃). Seguidamente, um estudo detalhado para definir os sinais de
referência para compensação de oscilações potência instantânea bem como injeção de potência ativa
em sistemas trifásicos a três fios foi proposto. Finalmente, os sinais de referência para um inversor
multifuncional são compartilhados conjuntamente com os sinais de referência que permite a injeção de
potência ativa na rede, ou seja, o inversor poder atuar como um filtro ativo de potência (FAP) e como
um Interface de Eletrônica de Potência (IEP) ou executar ambas as funções simultaneamente. Os
resultados indicam que a CPT pode fornecer as referências de controle para os recursos energéticos
distribuídos de forma bastante flexível, permitindo inclusive que os inversores possam atuar como
condicionadores da qualidade da energia no ponto de conexão, desde que não estejam operando em sua
potência nominal para a injeção de potência ativa. Ressalta-se que este trabalho é fruto da cooperação
internacional com o Prof. Simões da Colorado School of Mines.
A. M. S. Alonso, H. K. Morales-Paredes, J. A. O. Filho, J. P. Bonaldo, D. I. Brandão, F. P. Marafão,
“Selective Power Conditioning in Two-Phase Three-Wire Systems Based on the Conservative Power
Theory”. In: 54th IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, Baltimore. 2019.
Trata-se resultados da aplicação da CPT para o controle de um filtro ativo de potência (FAP) em
redes bifásicas a três fios. Neste trabalho, a CPT foi utilizada para definir uma metodologia seletiva
para compensar os reativos, minimizar os desequilíbrios e mitigar as correntes harmônicas, além de
contribuir para a redução da corrente do neutro no ponto de acoplamento comum (PCC). Assim,
considerando as publicações do Pesquisador Associado Prof. Morales-Paredes, orientandos e
colaboradores, os resultados indicar que a CPT pode ser aplicado não apenas em sistemas monofásicos
e trifásicos mais também em sistemas bifásicos. Além disso, é válida inclusive sob condições de
distorções, desequilíbrios das tensões, o que torna a(s) metodologia(s) proposta(s) bastante robusta.
D. O. Assunção, M. V. S. Cota, A. C. Moreira, B. R. P. Conrado, W. A. Souza, H. K. Morales-Paredes,
“Technical Impacts Caused by the Connection of a Gas Microturbine in Low-Voltage Grids” In: XIII
Conferência Brasileira sobre Qualidade de Energia Elétrica, 2019, São Caetano do Sul, 2019.
Trabalho referente à análise dos impactos técnicos recorrentes da instalação de recursos
energéticos distribuídos (RED) conectados à rede elétrica. Como a maioria dos RED, a conexão de
uma microturbina à rede elétrica requer de uma análise detalhada sobre os possíveis impactos na
qualidade da energia elétrica. Neste trabalho, portanto, foi desenvolvido uma modelo computacional
de um a microturbina a gás modelo “Capstone C65” de 65 kW, 400-480 V e 60 Hz acoplado a um
gerador síncrono de imã permanente. A microturbina é conectada à rede elétrica através do inversor
trifásico, composto pelo conversor CC/CA e um filtro LC. As referências para as potências ativa e
reativa, fornecidas para a rede ou absorvidas da rede, são controladas através da transformação de
coordenadas abc-dq-abc e o sincronismo com a rede é realizado através de um PLL. Seguidamente,
utilizando o sistema elétrico de testes do IEEE de 13 barras, acrescido do modelo computacional
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
31
desenvolvido da microturbina é analisado em detalhe os impactos da conexão da microturbina na rede
elétrica. Além disso, para auxiliar nas análises e discussões foram utilizadas diferentes parcelas de
potência da norma IEEE Std 1459-2010. Os resultados demostram que a conexão da microturbina
altera as caraterísticas da rede elétrica. Dependendo do valor da potência e do ponto de conexão do
gerador distribuído, verificou-se que o aumento da potência ativa injetada na rede aumenta o perfil de
tensão e reduz o fator de potência. Além disso, deve-se estar atento à quantidade injetada de potência,
pois, a redução das perdas se dará até um determinado valor, após, as perdas tendem a aumentam
proporcionalmente ao incremento da potência injetada, além de possíveis violação dos indicadores de
qualidade da energia elétrica (QEE).
D. O. Assunção, W. A. Souza, A. C. Moreira, B. R. P. Conrado, L. A. A. Pereira, H. K. Morales-
Paredes, “Metodologia Heurística para Operação de uma Microturbina a Gás Conectada ao Sistema
Elétrico. In: XIV Simpósio Brasileiro de Automação Inteligente, Ouro Preto, 2019. pp. 1-6.
Este artigo, com base na publicação anterior “Technical Impacts Caused by the Connection of a
Gas Microturbine in Low-Voltage Grids” apresenta um estudo detalhado para evitar os impactos
técnicos e limitar a operação de uma microturbina, de forma a não violar nenhum indicador de QEE.
Frente a esta demanda e tendo a base de conhecimento proveniente de um especialista, neste trabalho
foi proposta a aplicação de um algoritmo heurístico para analisar detalhadamente a obtenção de valores
ótimos de referência para injeção de potência ativa e reativa por parte de uma microturbina a gás. Os
resultados demonstram que o algoritmo heurístico é uma estratégia eficiente para operação da
microturbina conectada ao sistema elétrico uma vez que os valores encontrados para as referências das
potencias ativa e reativa através do algoritmo proposto permite maximizar a potência injetada sem
violar os indicadores de qualidade da energia elétrica.
L. R. Ilario, A. C. Moreira, H. K. Morales-Paredes, “Implementação de um Sistema Inteligente
para Previsão do Consumo de Energia Elétrica Residencial” In: XIV Simpósio Brasileiro de
Automação Inteligente, Ouro preto, 2019, pp. 1-6. DOI: 10.17648/sbai-2019-111367
Com o objetivo de auxiliar na tomada de decisão dos consumidores residenciais que viabilize um
adequado gerenciamento no consumo de energia elétrica, foi desenvolvido um sistema integrado de
hardware e software com recursos baseados nos conceitos de Internet das Coisas (IoT) e sistemas
supervisórios denominado de sistema inteligente de controle e eficiência energética (SICEE).
Seguidamente têm sido aplicadas técnicas de Regressão Linear por meio do método de Gradiente
Descendente para propor um algoritmo para predizer o consumo de energia elétrica de uma residência.
Assim, os dados coletados pelo SICEE são utilizados para engendrar o algoritmo e para aferir as
informações sobre o consumo de energia elétrica da residência. Os resultados obtidos até o momento
mostram a viabilidade da sua aplicação pratica.
Teses, dissertações em andamento:
Mestrando: Lucas Rodrigues Ilário (Mestrando), “Contribuições para integração da indústria
4.0 nas Redes Elétricas Inteligentes”, Orientador: Prof. Helmo K. Morales-Paredes.
Matheus Branco Arcadepani (Mestrando) “Análise das distorções harmônicas de tensão e seu
impacto no valor eficaz total da corrente e nas componentes de corrente definidas pela CPT e
CPC”, Orientador: Prof. Helmo K. Morales-Paredes.
Diego Tardivo Rodrigues (Doutorando) “Desenvolvimento de algoritmos de tomada de decisão
para compensação baseados nas normas de qualidade da energia utilizando inversores
multifuncionais”, Orientador: Prof. Helmo K. Morales-Paredes.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
32
Controle Cooperativo de Geradores Distribuídos em Microrredes de Energia com Múltiplas
Considerações de Operação
Doutorando: Augusto Matheus dos Santos Alonso (bolsa FAPESP – doutorado regular e BEPE)
Orientador: Fernando Pinhabel Marafão (UNESP), Coorientador: Danilo Iglesias Brandão (UFMG)
Orientador no exterior (Cotutela): Elisabetta Tedeschi (NTNU)
A alta penetração de fontes decentralizadas de geração distribuída tem criado um novo
paradigma operacional em sistemas elétricos de baixa tensão, e particularmente em microrredes (MRs)
de energia, uma vez que os conversores eletrônicos de potência requeridos para a integração de
geradores distribuídos (GDs) propiciam maior flexibilidade operacional e podem ser empregados em
serviços ancilares de suporte a tais redes elétricas. Por exemplo, além de gerenciar a conversão de
potência ativa produzida por GDs, inversores eletrônicos podem ofertar serviços de melhoria de
qualidade de energia, com foco em perspectivas locais ou globais, visando o aumento da eficiência
elétrica da rede elétrica. Ademais, considerando que um número significante de tais inversores pode
existir em tais MRs, é indispensável que se criem estratégias que propiciem controla-los de forma
coordenada. Tal coordenação é essencial, não só sob o âmbito de considerações técnicas de
atendimento a normativas e manutenção da robustez operacional, mas também devido a aspectos de
mercado que viabilizam a operação de uma MR dentro da perspectiva de Transactive Energy Systems
(TESs). Portanto, este projeto de doutorado (Processo #2017/24652-8) propõe o desenvolvimento de
uma metodologia de coordenação de inversores em MRs de baixa tensão, visando aumento na
flexibilidade de despachabilidade de potência e integração de GDs, tão bem quanto propiciando que
considerações operacionais cooperativas de qualidade de energia (e.g., compensação de correntes
reativas, harmônicas e de desbalanço) possam ser ofertadas respeitando restrições normativas, tal como
limitações de manutenção de perfis de tensão internamente à MR. Este projeto de duplo diploma de
doutorado está inserido dentro do contexto de uma cotutela estabelecida entre a UNESP e a Norwegian
University of Science and Technology (NTNU), ainda englobando o projeto de estágio no exterior
(e.g., bolsa BEPE – Processo #2018/22172-1) que foi usufruída pelo doutorando entre 2019-2010.
O principal objetivo deste trabalho é desenvolver uma metodologia de controle coordenado de
inversores empregados na interface de GDs em MRs de baixa de tensão, possibilitando múltiplas
considerações de operação que englobem a controlabilidade da potência despachada pela MR e
serviços de qualidade de energia. Esta metodologia, nomeada Generalized Current-Based Control
(GCBC), tem sua formulação baseada em uma topologia mestre/escravo de controle coordenado e é
capaz de gerenciar a interação da MR com o sistema de distribuição ao qual esta se conecta. As
seguintes características de aplicação e funcionalidades operacionais são objetivadas neste trabalho:
1) A coordenação de inversores independente de suas topologias, possibilitando com que a
estratégia seja aplicada tanto a sistema monofásicos, quanto a trifásicos. Considera-se a
incorporação de inversores com diferentes naturezas de operação, como GDs sem capacidade
de comunicação, tão bem quanto GDs com fonte não despacháveis ou baseados em fontes
despacháveis (e.g., tal como armazenadores de energia);
2) Possibilitar controlar a potência ativa e reativa que a MR despacha ou drena da rede de
distribuição, possibilitando com que esta respeite limites contratuais estabelecidos entre os
agentes do sistema de TES;
3) Ofertar serviços de compensação de reativos, de correntes harmônicas e de desbalanço (sendo
este último possibilidade por uma implementação com base na Teoria de Potência Conservativa
(CPT)) de forma flexível pela coordenação dos inversores distribuídos. Ademais, é possível
coordenar inversores de forma a se ofertar amortecimento de ressonâncias harmônicas e
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
33
operação da MR com fator de potência unitário mesmo sob condições de tensão não-senoidais,
através do conceito de síntese de carga resistiva realizado de forma distribuída;
4) Limitações de sobretensão podem ser controlados de forma flexível, tanto no ponto de
acoplamento (PAC) da MR com o sistema de distribuição, quanto internamente à MR, através
do emprego de uma estratégia coordenada e automática de funções de Volt-Watt e Volt-VAR.
Consequentemente, além de possibilitar maior integração de GDs, torna-se possível minimizar
a redução de geração de energia (i.e., power curtailment).
5) Finalmente, realizar validações das funcionalidades operacionais da estratégia através de
simulações computacionais, além de resultados em um sistema de simulações de tempo real,
tão bem quanto através do desenvolvimento de um protótipo experimental de uma MR.
Figura 3: (a) Implementação da estratégia de controle em plataforma de tempo real OPAL-RT; (b) Testbench
adotado para a MR.
Figura 4: Resultados de simulação em tempo real para MR trifásica: (a) sistema inoperante; (b)
compartilhamento de correntes ativas e reativas; (c) compensação distribuída de harmônicos. De cima para
baixo: tensões no PAC, correntes no PAC, correntes do DER1, correntes do DER2, e correntes coletivas dos três
inversores (i.e., DER1, DER2, e DER3).
Atualmente, o doutorando trabalha no desenvolvimento final da metodologia de controle, com
foco na regulagem de possíveis sobretensões que possam ocorrer na MR, além do desenvolvimento da
apresentação final da estratégia. Resultados experimentais estão sendo realizados na UNESP, com base
em um protótipo de MR desenvolvido. Ademais, como parte do acordo de cotutela estabelecido,
espera-se que o aluno realize a defesa de doutorado na NTNU em 2021.
Publicações – Julho 2019 a Junho 2020
J1) Alonso, A. M. S.; Brandao, D. I.; Tedeschi, E.; Marafão, F. P., “Distributed Selective Harmonic Mitigation
and Decoupled Unbalance Compensation by Coordinated Inverters in Three-Phase Four-Wire Low-Voltage
Networks”, Electric Power Systems Research, Maio 2020.
(a) (b)
(a) (b) (c)
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
34
J2) Alonso, A. M. S.; Pereira Jr., B. R.; Brandao, D. I.; Marafão, F. P., “Optimized Exploitation of Ancillary
Services: Compensation of Reactive, Unbalance and Harmonic Currents Based on Particle Swarm
Optimization,” IEEE Latin America Transactions, Maio 2020.
J3) Bonaldo, J. P.; Filho J. A. O.; Alonso, A. M. S.; Marafão, F. P.; Paredes, H. K. M.; “Modeling and Control
of a Single-Phase Grid-Connected Inverter with LCL Filter,” IEEE Latin America Transactions, Abril
2020.
J4) Alonso, A. M. S.; Brandao, D. I.; Caldognetto, T.; Marafão, F. P.; Mattavelli, P., “A Selective Harmonic
Compensation and Power Control Approach Exploiting Distributed Electronic Converters in Microgrids,”
International Journal of Electrical Power & Energy Systems, Fevereiro 2020.
J5) Brandao, D. I.; Ferreira, W. M; Alonso, A. M. S.; Tedeschi, E.; Marafão, F. P., “Optimal Multiobjective
Control of Low-Voltage AC Microgrids: Power Flow Regulation and Compensation of Reactive Power and
Unbalance,” IEEE Trans. on Smart Grid, Março 2020.
C1) Alonso, A. M. S.; Göthner, F.; Brandao, D. I.; Marafão, F. P.; Tedeschi, E., “Power- and Current-Based
Control of Distributed Inverters in Low-Voltage Microgrids: Considerations in Relation to Classic Droop
Control”, in IEEE Int. Conf. Ecol. Vehic Renew. Energies, Maio 2020.
C2) Alonso, A. M. S; Afonso, L. C.; Brandao, D. I.; Tedeschi, E.; Marafão, F. P., “Considerations on
Communication Infrastructures for Cooperative Operation of Smart Inverters” in IEEE COBEP/SPEC
Conf., Dezembro 2019.
C3) Paredes, H. K. M.; Filho, J. A. O.; Alonso, A. M. S.; Bonaldo, J. P.; Marafão, F. P.; Simoes, M. G., “3-
Phase Multi-Functional Grid-Tied Inverter for Compensation of Oscillating Instantaneous Power,” in IEEE
COBEP/SPEC Conf., Dezembro 2019.
C4) Alonso, A. M. S.; Paredes, H. K. M.; Filho, J. A. O.; Bonaldo, J. P.; Brandao, D. I.; Marafão, F. P.,
“Selective Active Power Conditioning in Two-Phase Three-Wire Systems Based on the Conservative
Power Theory,” in IEEE IAS Meeting, November 2019.
C5) Alonso, A. M. S.; Brandao, D. I.; Tedeschi, E.; Marafao, F. P., “Coordinated Control of Parallel Power
Conditioners Synthesizing Resistive Loads in Single-Phase AC Microgrids,” in IEEE EPE-ECCE Europe,
Dezembro 2019.
Definição de metodologias de projeto e controle de uma interface de qualidade de energia para
compensação de distúrbios de tensão.
Pós-doutorado: Dr. Luis Armando De Oro Arenas (UNESP - Bolsa FAPESP)
Supervisor: Fernando Pinhabel Marafão (UNESP).
A incorporação do conceito de geração distribuída (GD) nos ambientes de redes de distribuição
de energia elétrica como alternativa para dar suporte à rede principal, mas também como uma
possibilidade de transformá-la em um sistema flexível e resiliente sub diversos cenários de operação.
O projeto de pós-doutorado propõe o desenvolvimento de uma interface de qualidade de energia
(power quality interface, PQI) para instalação no ponto de acoplamento comum entre microrredes
inteligentes de energia e as respectivas redes de distribuição de energia. A aplicação principal da PQI
seria atender demandas das concessionárias de energia, às quais têm maior preocupação com a
qualidade da tensão fornecida em função do desequilíbrio, assimetria, distorção harmônica etc.
Sabendo que o foco principal da PQI é dar suporte à rede principal no PAC, procura-se o atendimento
dos objetivos estabelecidos pelos índices de QEE desejados em função do nível de curto circuito do
sistema. Um aspecto importante a ser explorado durante o desenvolvimento do estágio se baseia no
estudo da interação entre a PQI com outros agentes distribuídos pela rede, ou microrrede de
distribuição, criando cenários e controle cooperativo para o atendimento dos índices de qualidade de
energia no PAC.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
35
Objetivos: Desenvolver metodologias de projeto e controle de interfaces de qualidade de energia
(PQIs) voltadas à compensação de distúrbios de tensão tais como desequilíbrios, assimetrias e
distorção harmônica, para aplicação em redes de distribuição de média/baixa tensão com geração
distribuída (GD) e gerenciamento energético multiagente. Tais metodologias serão validadas através
de simulação e resultados experimentais através da construção de protótipos de baixa potência.
Etapas desenvolvidas e planejadas
Esta primeira etapa do projeto tem-se focado no estudo de estruturas de conversores de
eletrônica de potência que possam operar como interface de qualidade de energia instalada no PAC da
microrrede. Uma conclusão preliminar da revisão bibliográfica indica que uma estrutura viável para
operar como PQI seria o Condicionador unificado de qualidade de energia (Unified Power Quality
Conditioner - UPQC), devido à possibilidade de realizar compensação série dos desequilíbrios e
componentes harmônicas nas tensões de fornecimento no PAC e, ao mesmo tempo, reduzir a
circulação de correntes harmônicas e os desbalanços de carga através da compensação shunt mediante
o filtro ativo de potência do UPQC. Nesse sentido, a estrutura UPQC pode ser concebida como um
conversor multifuncional, sendo que, na ausência da rede de alimentação principal, o filtro ativo de
potência passaria a operar como fonte de tensão, suprindo a demanda das cargas prioritárias e impondo
as referências de tensão e frequência da microrrede.
Paralelamente, foram estudadas e simuladas as estratégias de controle cooperativo Power-based
Control e Current-based Control, focando na interação da PQI com outros agentes distribuídos em
cenários de microrredes, isto com o intuito de definir esquemas de controle para o atendimento de
índices de qualidade energia nas tensões no PAC e nos diferentes nós da microrrede. Além disto,
implementaram-se algoritmos de sincronismo com a rede no microcontrolador F28379D, baseados na
técnica de Múltiplos Integradores Generalizados de Segunda Ordem (Multiple Second Order
Generalized Integrators - MSOGI) e o PLL com Transformada de Fourier de Tempo Discreto, com o
intuito de avaliar o desempenho e a capacidade de cálculo no processo da obtenção das componentes
harmônicas nos sinais processados.
Atualmente, vem-se desenvolvendo uma metodologia sistemática para o dimensionamento dos
componentes da estrutura PQI em função da capacidade de potência necessária para o atendimento das
funcionalidades descritas anteriormente e os distintos cenários de operação da estrutura. Assim, através
de validações preliminares de simulação têm-se estudado e implementado projetos relacionados com
as malhas de controle de corrente e tensão, envolvendo os conceitos de controladores ressonantes e
modelagem dos filtros LCL do filtro ativo de potência. Uma vez definida essa metodologia, procura-se
que no último semestre do ano 2020 se obtenham os primeiros resultados experimentais da parte da
estrutura de potência e, de forma preliminar, a aplicação das estratégias de controle cooperativo com
outros agentes distribuídos.
Estudo e Implementação do controle e gerenciamento energético de uma microrrede em corrente
contínua, com sistema de geração de energia elétrica a partir da energia eólica, usando gerador
elétrico de relutância variável.
Doutorando: Pedro José dos Santos Neto
Orientador: Dr. Ernesto Ruppert Filho, Coorientador: Dr. Tárcio André dos Santos Barros
O escopo deste projeto de pesquisa de doutorado consiste no estudo do controle e do
gerenciamento de uma microrrede em corrente contínua (microrredes CC) com uso de um sistema
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
36
eólico baseado em gerador de relutância variável (GRV). O GRV é apontado na literatura como uma
opção viável para aerogeradores devido às suas características de robustez e de alto rendimento em
uma ampla faixa de velocidades. Por gerar energia elétrica em corrente contínua, essas máquinas são
candidatas naturais para operarem em microrredes CC. As microrredes CC apresentam vantagens em
relação às convencionais redes CA, especialmente com relação à capacidade de integrar fontes
renováveis de energia, como a solar e a eólica, no modelo de geração distribuída. Contudo, o controle
e gerenciamento da microrrede CC com múltiplos elementos integrados tornaram-se um desafio a ser
explorado. Este projeto propõe estudar os efeitos do gerador de relutância variável conectado a uma
microrrede CC que engloba dispositivos de armazenamento de energia elétrica, cargas, conversores
eletrônicos de potência e integração com a rede CA convencional. Propõem-se avaliar técnicas de
controle e métodos de gerenciamento para o funcionamento adequado da microrrede com o GRV
como fonte principal de geração elétrica distribuída.
Estratégia de Gerenciamento de Potência em Conversores de Interligação Modificados com
Sistemas de Armazenamento de Energia para Melhoria da Qualidade da Energia em
Microrredes Híbridas CA-CC.
Doutorando: João Pedro Carvalho Silveira
Orientador: Dr. Ernesto Ruppert Filho, Coorientador: Dr. Tárcio André dos Santos Barros
O projeto de tese proposto tem como intuito estabelecer uma estrutura de gerenciamento de
potência que aprimore a qualidade da energia elétrica em uma microrrede híbrida CA-CC por meio de
uma topologia de conversor de interligação modificada. Tal topologia é composta por um conversor
CC-CC half-bridge bidirecional em conjunto com um conversor CC-CA fonte de tensão, no qual,
conecta-se um sistema de armazenamento de energia no barramento CC entre os dois estágios de
conversores. A estrutura de gerenciamento estabelece estratégias de controle para conversor de
interligação de modo fornecer serviços anciliares à rede elétrica. Desta forma, o fator de potência e o
espectro harmônico da corrente no ponto de acoplamento com a rede são mitigados. Além disso, este
trabalho também busca estabelecer o compartilhamento de potência entre o dispositivo de
armazenamento de energia e a rede elétrica. Para isso, técnicas baseadas em droop e master-slave são
empregadas. De modo a reduzir o desvio de tensão no barramento CC, aplica-se uma regulação de
tensão por meio de controle hierárquico. A partir da avaliação do sistema em diferentes condições de
operação, os resultados apresentam uma melhora no desempenho na qualidade de energia no ponto de
acoplamento com a rede elétrica, considerando a maior flexibilidade de operação e o uso de um
sistema de armazenamento de energia centralizado para o auxílio de duas microrredes.
Estudo e simulação de sistemas híbridos a partir de fonte fotovoltaica para aplicação autônoma e
conectada à rede
Doutoranda: Tatiane Silva Costa, Orientador: Prof. Marcelo Gradella Villalva
A pesquisa do mestrado tem por objetivo o estudo e simulação de sistemas híbridos a partir de fonte
fotovoltaica para aplicação autônoma com o estudo de caso de um sistema fotovoltaico-diesel na
Reserva Extrativista Tapajós-Arapiuns na região amazônica e um sistema fotovoltaico-bateria-rede
para suprir a carga de veículo elétrico para transporte público. As simulações demonstram as
características, desempenho, estratégias de despacho com baterias, geradores a diesel e rede elétrica.
Além da modelagem dos perfis de carga, aliado a previsão dos recursos energéticos disponíveis para
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
37
cada fonte. Entre os resultados estão os balanços de energia anuais que poderão ser utilizados para o
planejamento, gerenciamento e eficiência das fontes e do consumo das cargas.
Publicações
• T. Costa, D. Narvaez, K. Melo, M. Kitayama, M. Villalva. Study on the Addition of Solar Generating and
Energy Storage Units to a Power Distribution System. SEST 2019: International Conference Smart Energy
Systems and Technologies.
• T. Costa, D. Narvaez, K. Melo, D. Pompermaier, M. Villalva. Optimum design of autonomous PVdiesel-
battery hybrid systems: case study at Tapajós-Arapiuns extractive reserve in Brazil. 2019 IEEE PES
Innovative Smart Grid Technologies Latin America (ISGT LA).
• COSTA, TATIANE SILVA; VILLALVA, MARCELO GRADELLA. Technical Evaluation of a PV-Diesel
Hybrid System with Energy Storage: Case Study in the Tapajós-Arapiuns Extractive Reserve, Amazon,
Brazil. Energies, v. 13, p. 2969, 2020.
Estudo de Algoritmos de Cálculo da Posição Solar Aplicados a Sistemas de Geração Fotovoltaica
Doutoranda: Karen Melo, Orientador: Prof. Marcelo Gradella Villalva
A fim de reduzir as emissões de gases de efeito estufa e a dependência de combustíveis fósseis, a
energia solar está sendo cada vez mais utilizada. No entanto, uma desvantagem que limita a
competitividade desta fonte de energia é a baixa eficiência de conversão dos painéis fotovoltaicos.
Essa desvantagem pode ser minimizada com a utilização de seguidores solares, que proporcionam um
ganho de geração de energia ao manter os painéis fotovoltaicos perpendiculares à irradiância direta na
maior parte do tempo. Além disso, sistemas com seguidores solares utilizam menor área para produzir
a mesma quantidade de energia que sistemas fotovoltaicos com painéis fixos. Porém os custos de
equipamentos e de manutenção também aumentam. Os seguidores solares são normalmente
classificados na literatura de acordo com seu grau de liberdade e sua tecnologia de rastreamento.
Quanto ao seu grau de liberdade, podem ser de um eixo e de dois eixos. Os seguidores solares de um
eixo possuem somente um eixo de rotação, normalmente fazem o rastreamento do sol de leste a oeste.
Os seguidores solares de dois eixos possuem dois eixos de rotação e conseguem fazer o rastreamento
do sol tanto de leste a oeste quanto de norte a sul. No Brasil, os mais utilizados são os de eixo único
horizontal, por serem os mais viáveis economicamente. O rastreamento da posição do sol resulta em
um ganho de produção de energia de 25% quando são utilizados seguidores solares de um eixo, e de
35% quando são utilizados seguidores solares de dois eixos, dependendo da configuração do sistema e
da localidade de instalação.
Conforme a tecnologia de rastreamento adotada, os seguidores solares podem ser denominados
de passivos e ativos. Os seguidores solares passivos são projetados para rastrear o sol sem a utilização
de dispositivos eletrônicos, usufruindo principalmente do efeito térmico.
Seguidores solares ativos utilizam motores elétricos ou mecanismos de engrenagem para a
realização do rastreamento solar. Esses dispositivos, ao contrário dos seguidores solares passivos,
consomem energia para garantir o seu funcionamento, porém proporcionam um ganho maior de
produção de energia. Sua utilização não é recomendada em sistemas de menor escala, devido às perdas
do sistema responsável pelo movimento do eixo dos painéis fotovoltaicos, que, nesse caso, são
significativas. Estima-se que o consumo de energia de um sistema de rastreamento de seguidores
solares ativos é equivalente a 2-3% do aumento de energia.
Para detectar a posição do sol, os seguidores solares ativos podem dispor de microprocessadores
e sensores ópticos, algoritmos baseados em data e hora, ou uma combinação de ambos.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
38
A estratégia de rastreamento baseada em data e hora é a mais utilizada em usinas. Essa estratégia
dispõe de um computador ou processador que calculam a posição do sol por meio de algoritmos que
utilizam data, hora e informações geográficas da instalação como dados de entrada.
Existem vários algoritmos de cálculo da posição do sol disponíveis na literatura e eles variam,
principalmente, em precisão, complexidade e tempo de validade. O que dita a necessidade de
algoritmos com maior ou menor precisão, é a aplicação. Sistemas Fotovoltaicos de Concentração
necessitam de algoritmos com precisão da ordem de 0.01º, enquanto instrumentos de medição, como
pireliômetros, necessitam de algoritmos de precisão maior ainda.
Os sistemas de geração fotovoltaica toleram erros de alguns graus sem perda significativa de
geração de energia, porém é importante avaliar o quanto a precisão do algoritmo influencia nas perdas.
Para tal fim, nesta pesquisa, foi realizada uma análise estatística de seis algoritmos. Também foram
realizadas simulações de estimativa de geração de energia com a utilização desses seis algoritmos no
rastreamento do sol. Um deles é o Solar Position Algorithm (SPA), o algoritmo mais conhecido na
literatura por possuir melhor precisão. Os demais algoritmos são os cinco propostos por Grena.
Publicações
• MELO, K. B.; TAVARES, L. R.; SILVA, M. K.; VILLALVA, M. G. Accuracy Analysis of Sun Position
Calculation Algorithms: Ineichen and SPA. In: IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Latin
America (ISGT) 2019, Gramado - RS.
• MELO, K. B.; MOREIRA, H. M.; MOREIRA, A. V. S.; VILLALVA, M. G. Influence of Backtracking at
Solar-Tracking Photovoltaic Power Plants for Generation and Protection. In: 11th International Conference
on Applied Energy (ICAE) 2019, Västerås, Sweden.
• Melo, K.B.; Moreira, H.S.; Villalva, M.G. Influence of Solar Position Calculation Methods Applied to
Horizontal Single-Axis Solar Trackers on Energy Generation. Energies 2020, 13, 3826.
Otimizador de Potência para sistemas fotovoltaicos conectados à rede
Doutorando: João Lucas de Souza Silva, Orientador: Prof. Marcelo Gradella Villalva
Durante o processo de geração de energia elétrica a partir de um sistema fotovoltaico é comum
existir perdas devido a condições não-uniformes como sombreamento, sujeira, temperatura, entre
outros. Neste ensejo, novas topologias e dispositivos são estudados e projetados para compensar e/ou
reduzir as perdas. Um desses dispositivos é o Otimizador de Potência para Sistemas Fotovoltaicos
(POPS) que têm sido uma opção por trabalhar buscando sempre a máxima eficiência do módulo
fotovoltaico individualmente. Sua função é feita com base em um conversor CC/CC e um sistema de
controle com rastreamento do ponto de máxima potência (MPPT) alocado a cada módulo fotovoltaico
de um sistema. Em virtude da limitação e ausência de estudos referentes a otimizadores para sistemas
fotovoltaicos, o trabalho realiza um estudo sobre POPS e analisa o desempenho de sua aplicação. Para
tanto, serão realizadas simulações da aplicação de modelos de POPS disponíveis no mercado em
sistemas fotovoltaicos sob condições diversas e em diferentes locais, em seguida, o projeto e
desenvolvimento de um POPS com algoritmo para sombreamento parcial, já que os dispositivos atuais
têm como um dos desafios atuar em situações de sombreamento parcial. Deste modo, os resultados
parciais do projeto em simulações no software PV*SOL mostraram um bom desempenho em sistemas
com POPS comparado a arquitetura fotovoltaica convencional; já quanto ao desenvolvimento do
POPS, o conversor CC/CC projetado, apresentou uma maior extração de potência dos módulos
fotovoltaicos em comparação ao sistema convencional simulados em PSIM e também em protótipo
experimental. Destarte, espera-se preencher uma lacuna existente na literatura, descrevendo o
funcionamento, características e aplicações de POPS.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
39
A Figura 1 apresenta um exemplo da limitação existente quando ocorre um sombreamento em
um módulo fotovoltaico (FV) em um sistema convencional e a diferença em comparação com um
sistema com POPS. Na Figura 1-A existe um sistema em condições uniformes trabalhando na máxima
potência para o conjunto de módulos FV, com SMPPT (Single MPPT - MPPT Único), que é o modo
de funcionamento de um inversor convencional. Na Figura 1-B, a corrente dos demais módulos é
reduzida para o valor da menor corrente, reduzindo a máxima potência. Já na Figura 1-C, com um
sistema de DMPPT (MPPT distribuído), como é o caso de um sistema com POPS ou microinversor, o
módulo FV com menor corrente não impacta sobre os outros dois, permitindo operar com maior
potência.
Figura 1. Exemplo de (a) Sistema convencional sem sombras, (b) sistema convencional com
sombras, (c) sistema sombreado com otimizadores.
A Figura 2 apresenta a bancada experimental com protótipos de otimizadores que estão sendo
aprimorados e verificado melhorias na tecnologia como próxima etapa. Algumas melhorias desejadas
são: alteração no controle, topologia, redução de tamanho do protótipo, entre outros.
Figura 2. Protótipo experimental com três otimizadores de potência para sistemas fotovoltaicos.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
40
Publicações:
• SILVA, J. L. S.; MOREIRA, H. S. ; MESQUITA, D. B. ; REIS, M. V. G.;VILLALVA, M. G. Study of
Power Optimizers for grid-connected photovoltaic systems in IEEE transactions Latin-America.
• SILVA, J. L. S.; MOREIRA, H. S. ; MESQUITA, D. B. ; CAVALCANTE, M. M.; VILLALVA, M. G.
Modular Architecture with Power Optimizers for Photovoltaic Systems. In: 2019, Smart Energy Systems and
Technologies, 2019, Porto - PT, 2019.
• SILVA, J. L. S.; MESQUITA, D. B.; LIMA, G. P.; SAKÔ, E. Y.; MOREIRA, H. S., VILLALVA, M. G.
Avaliação do custo de arquiteturas fotovoltaicas para uma planta residencial em diferentes localidades no
Brasil. VIII Congresso Brasileiro de Energia Solar. Fortaleza-CE, 2020 (Aceito para publicação).
Estudo de Técnicas de Rastreamento de Máxima Potência Tolerantes a Sombras para Sistemas
Fotovoltaicos
Doutorando: Hugo Soeiro Moreira, Orientador: Prof. Marcelo Gradella Villalva
A geração energética de um arranjo fotovoltaico varia com o passar do dia. A sua geração é
dependente da irradiância incidente sobre os módulos fotovoltaicos e da temperatura na qual está o
arranjo. Apesar das curvas I-V e P-V variarem com as mudanças nos níveis de irradiância e
temperatura, a curva I-V permanece no mesmo formato e a curva P-V continua apresentando apenas
um pico. Entretanto, em alguns momentos o arranjo fotovoltaico pode estar parcialmente sombreado,
fazendo com que receba mais de um nível de irradiância ou apresente temperaturas diferentes em seus
módulos. Esse sombreamento pode ser causado por diferentes razões: passagem de nuvens,
construções próximas, galhos ou objetos trazidos pelo vento, sujeira deixada por animais, e por outros
módulos. É comum em usinas fotovoltaicas montadas com fileiras de módulos, chamadas de sheds,
que, ao amanhecer e ao anoitecer, uma fileira cause um sombreamento parcial à outra.
Quando um módulo ou arranjo fotovoltaico é parcialmente sombreado, pontos quentes
(hotspot’s) podem ser gerados. Esses pontos quentes são prejudiciais para as células, podendo danificá-
las, por isso, são instalados diodos de bypass em paralelo a certa quantidade de células, fazendo com
que a corrente elétrica tenha um caminho alternativo em caso de sombreamento parcial. Esse caminho
alternativo faz com que um arranjo sob condições de sombreamento parcial (partially shading
conditions - PSC) apresentem uma curva I-V com múltiplos joelhos e uma curva P-V com múltiplos
picos. Dentre esses múltiplos picos presentes na curva P-V, apenas um é o máximo global. As técnicas
tradicionais utilizadas de rastreamento do ponto de máxima potência (maximum power point tracking -
MPPT) não conseguem diferenciar máximos locais de máximos globais.
Figura 1: String fotovoltaica parcialmente sombreada e suas curvas I-V e P-V
Para fazer o estudo de sistemas e conversores fotovoltaicos, é necessária uma modelagem que
consiga apresentar o comportamento de uma célula, módulo ou arranjo fotovoltaico próxima da
realidade. Existem na literatura muitos modelos matemáticos com diferentes níveis de complexidade,
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
41
precisão e velocidade de processamento. Entretanto, essas modelagens consideram que o arranjo está
sob condições uniformes de irradiância e temperatura. Trabalhos presentes na literatura investigam o
efeito do sombreamento parcial na modelagem.
Caso um sistema fotovoltaico fique trabalhando em um máximo local, a perda de potência
gerada pode ser grande, acima de 90 %. Por isso, muitos trabalhos na literatura estudam técnicas de
MPPT para sistemas sob PSC.
A pesquisa tem como objetivo o estudo de uma modelagem fotovoltaica que represente um
arranjo fotovoltaico com módulos ligados em série e paralelo sob quaisquer condições climáticas, tanto
uniformes quanto de sombreamento parcial. Outro objetivo é o estudo de técnicas de MPPT tolerantes
a sombras, ou seja, que encontrem o ponto de máxima potência global. Após o estudo, essas técnicas
são testadas sob diferentes padrões de sombreamento. Esses testes são feitos em simulação pelo
software PSIM® e em uma bancada experimental no Laboratório de Eletrônica de Potência – LEPO.
Resultados
Para chegar à modelagem fotovoltaica desenvolvida no projeto, foram estudados os três
principais circuitos elétricos que representam uma célula fotovoltaica. A modelagem que utiliza uma
combinação do método de Patel e Agarwal com o modelo de Villalva apresentou os melhores valores
de proximidade em comparação com dados de curvas reais. Com a compreensão de como se comporta
um sistema fotovoltaico sob PSC, diferentes métodos de MPPT foram testados via simulação e foram
implementados em uma bancada experimental de um inversor monofásico de dois estágios. Os
métodos de MPPT para PSC testados foram: Número de diodos de bypass; Linhas de carga; Sequência
de Fibonacci; PSO; Algoritmo dos vagalumes; e Colônia de abelhas. Os parâmetros analisados foram:
Potência gerada; Eficiência; Energia perdida durante a busca; Tempo de busca. O método de
rastreamento pela sequência de Fibonacci que utiliza razões entre passos de busca pelo máximo global
de acordo com os valores da sequência de Fibonacci.
Figura 2: Comparação da modelagem fotovoltaica com um sistema real sob PSC
Publicações:
• XI International Conference on Applied Energy – ICAE – 2019: Influence of Backtracking at Solar-
Tracking Photovoltaic Power Plants for Generation and Protection.
• II International Conference on Smart Energy Systems and Technologies – SEST – 2019: Comparison of
Swarm Optimization Methods for MPPT in Partially Shaded Photovoltaic Systems.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
42
Estudo e desenvolvimento de técnicas de detecção de ilhamento para sistemas de geração
distribuída com elevada concentração de inversores
Doutorando: Marcos Vinicios Gomes dos Reis, Orientador: Prof. Marcelo Gradella Villalva
Inversores fotovoltaicos extraem a máxima potência dos painéis PV e fornecem essa potência
gerada para as cargas locais [1]. Esse processo de extração e fornecimento de potência deve ocorrer
apenas quando a rede elétrica da concessionária estiver em operação normal [2]. Caso contrário, o
inversor deve imediatamente interromper esse processo, impedindo que se forme uma ilha energizada
sem controle direto da concessionária. Os principais malefícios da formação de uma ilha energizada
são: riscos à vida para os funcionários que fazem a manutenção da rede elétrica e falta de garantia que
as residências isoladas com os inversores fotovoltaicos estejam recebendo energia de qualidade [2].
A Figura 1 mostra o ilhamento de 1 inversor fotovoltaicos na perda da rede elétrica da
concessionária, o nível de tensão se manteve inalterado e a frequência de operação ficou em torno de
60 Hz. Nesse experimento em bancada, mostrou que as cargas isoladas se mantiveram energizadas
apenas com o inversor fotovoltaico, situação indesejada. Para evitar que esses problemas citados
ocorram na transição da operação normal da rede elétrica para a sua ausência, várias técnicas de
detecção dessa transição foram desenvolvidas: chamadas de métodos de detecção de ilhamento [1-2].
Os métodos de detecção de ilhamento são normalmente embutidos na eletrônica do inversor
fotovoltaico e utilizam algum parâmetro da rede elétrica para identificar possíveis falhas [1-2]. Os
métodos existentes são suficientes para desconectar o inversor fotovoltaico na maioria das situações de
falha. Porém, quando se tem o aumento de inversores na rede elétrica, conhecido por alta penetração
de inversores, interações podem ocorrer de forma que o método de detecção de ilhamento falhe ou
cause falsas detecções [1-2]. Por isso, o objetivo principal dessa pesquisa de Doutorado consiste em
buscar alternativas para aumentar a robustez dos inversores fotovoltaicos quando se tem múltiplos
inversores conectados no mesmo ponto de conexão.
Para alcançar tal objetivo, foi desenvolvida uma plataforma experimental de testes com quatro
inversores em paralelo, apresentada na Figura 2. Nela estão sendo avaliados métodos de detecção
propostos na literatura para identificar possíveis melhorias e desenvolver um método de detecção que
consiga detectar situações de falhas quando se tem alta penetração de inversores.
Figura 1 – Ilhamento do inversor fotovoltaico, quando a rede elétrica da concessionária se
desconectou por uma possível falha.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
43
Figura 2 – Plataforma experimental desenvolvida para testes de métodos de detecção de ilhamento.
Estudo e desenvolvimento de técnicas de controle para conversores de potência em microrrede
híbrida CA-CC com armazenamento de energia e geração solar fotovoltaica
Doutorando: Dante Inga Narváez
Orientador: Prof. Marcelo Gradella Villalva
O diagrama de blocos da microrrede híbrida CC-CA estudada é mostrado na Figura 1. A
microrrede CA é formada por cargas em CA, um conversor CC/CA de dois estágios para bateria e um
conversor CC/CA de estágio único que se comporta como uma interface com o outro subsistema (atua
como um transformador estático entre as microrredes CC e CA). Por outro lado, a microrrede CC é
composta por cargas em CC, um conversor CC/CC de um estágio para bateria, um conversor CC/CC
de um estágio para arranjo solar fotovoltaico e o conversor de interface. A conexão e desconexão da
microrrede híbrida CC-CA com o sistema de distribuição de energia é gerenciada por um controlador
supervisório.
Pesquisas em Sistemas de Distribuição
Pesquisador Associado: Prof. Dr. Daniel Dotta
Neste terceiro ano de trabalho foram realizadas diversas atividades na área de aprendizagem de
máquina e mineração de dados conduzida pelo aluno de mestrado Orlem Lima. A Unicamp conta com
um sistema WAMS (Wide Area Measurement System) capaz de coletar uma grande quantidade de
dados do sistema elétrico brasileiro. Assim, há uma clara necessidade de métodos de aprendizado de
máquina, capazes de extrair informações relevantes e confiáveis desses dados. Entre as abordagens de
aprendizado de máquina, os modelos da Deep Neural Networks (DNN) têm a vantagem de aprender
diretamente com os dados, tornando essas abordagens não dependentes das técnicas de extração. No
entanto, esses modelos profundos produzem classificadores de caixa-preta (black-box) que podem
levantar preocupações quando aplicados a situações infraestrutura crítica como o EPS (Electric Power
Systems). Neste trabalho, a aplicação de um método data-driven explicável é realizado para analisar o
desempenho do classificador para identificação de eventos usando medições de sincrofasores. A
principal vantagem dessa abordagem é o uso de um método de interpretabilidade baseado na teoria dos
jogos cooperativos (Valores Shapley) que fornecem os meios para avaliar as predições, destacando
apartes das séries temporais de entrada que mais contribuíram para cada tipo de evento. O uso desta
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
44
abordagem interpretável é útil porque: i) explica como o classificador DNN está fazendo suas
decisões; ii) ajuda o projetista a melhorar o treinamento do classificador; iii) certificar que o
classificador resultante tem um desempenho consistente e coerente; iv) quando o usuário entende que o
classificador está tomando decisões coerentes, reduz claramente as preocupações da aplicação dos
métodos DNN em uma infraestrutura crítica. O método proposto é avaliado usando registros reais de
dados síncrofasores do Sistema Interligado Nacional (SIN).
O foco principal deste trabalho é propor um classificador LSTM, denominado LSTM-SHAP, que
com base na inspeção SHAP da LSTM, treinada como foco somente no IAR (Identification Accuracy
Rate), tome decisões mais coerentes de acordo com o conhecimento dos eventos do sistema de energia.
Nossa abordagem explicável baseada em dados é apresentada na Figura 1, que é comparado a uma
abordagem padrão data-driven, focada apenas na obtenção do IAR mais alto.
Figura 1 - Nossa abordagem usando LSTM com inspeção SHAP em comparação com o padrão. (a).
Abordagem padrão data-driven. (b) Método data-driven explicável.
A avaliação do classificador LSTM é feita usando o IAR e a inspeção de valores SHAP. Para
mostrar a vantagem de nosso classificador LSTM com outros métodos conhecidos da literatura,
comparamos o LSTM com MLP e SVM de várias classes (MSVM). Os IARs da MSVM, MLP e
LSTM são comparados na Tabela 1. Neste trabalho, aplicamos a inspeção de interpretabilidade no
LSTM classificador usando o método SHAP. O novo classificador LSTM chamado LSTM-SHAP
agora é treinado observando não apenas o IAR do conjunto de testes, mas também inspecionando os
valores SHAP analisando as contribuições obtidas, especialmente as contribuições para eventos de LT
que corrigem o viés identificado.
Tabela 1 - Performances de MSVM, MLP, e LSTM.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
45
Figure 2 - LSTM (a) Event 39. (b) Event 40.
Figure 3 - LSTM-SHAP (a) Event 39. (b) Event 40.
Além desse trabalho foi também iniciada uma dissertação de mestrado que tem como objetivo a
melhoria de um dispositivo de PMU de baixo custo desenvolvido no início desse projeto temático.
Além da redução de custo, avanços metodológicos no processo de estimação do fasor também são
contemplados. Os resultados obtidos já estão sendo usufruídos dentro do presente projeto e tem
chamado a atenção de pesquisadores de outras universidade do Estado de São Paulo e América Latina.
Destaca-se também a seleção de um trabalho dessa categoria como um dos melhores artigos
submetidos para o IEEE General Meeting 2020:
Maique C. Garcia, Daniel Dotta, Leandro Pereira, Madson C. de Almeida, Orlem L. D. Santos. Design and
Development of D-PMU Module for Smart Meters. In: Power & Energy Society General Meeting, 2020,
Montreal – Canada (aceito e selecionado Best Paper Section).
Tabela 2 - Performances do LSTM, e LSTM-SHAP.
________________________________________________________________
Pesquisas em Otimização de Sistemas de Distribuição
Prof. Dr. Luiz Carlos Pereira da Silva
o Desenvolvimento e implementação de técnicas de controle centralizadas e distribuídas para o
gerenciamento ótimo de microrredes
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
46
Estudo e simulação da operação ideal de microrredes para estimação de parâmetros da rede
LabREI
Doutoranda: Jéssica Alice Alves da Silva, Bolsista FAPESP, processo #2019/17306-1.
Orientador: Prof. Dr. Luiz Carlos Pereira da Silva,
Coorientadores: Dr. Juan Camilo López Amezquita e Dra. Maria Nataly Bañol Arias
A operação de microrredes requer estudos preliminares de planejamento através de
modelagens, simulações e testes em regime permanente. O estudo da operação de microrredes tem
como objetivo determinar o ajuste ótimo de um conjunto de variáveis de controle existentes no
sistema. Trata-se, de um problema de otimização não-linear, no qual, a função objetivo é minimizar a
soma dos quadrados dos resíduos. Portanto o principal objetivo é determinar o ponto de operação em
regime permanente mais provável de uma rede, a partir de um conjunto de medidas imperfeitas.
Sabendo disso, foram realizados testes para conhecimento e avaliação da operação da rede
física do LabREI em regime permanente, a fim de realizar modelagem e simulações, com o objetivo de
caracterizar a rede. Foram realizados testes, com diversos perfis de demanda, a fim de coletar medidas
de tensão e corrente. Assim, as medidas obtidas foram utilizadas para modelagem matemática de um
problema de otimização, implementado na linguagem de programação matemática AMPL.
A modelagem considera duas hipóteses: resistência e reatância distintas entre o simulador de
rede (fonte) e o barramento 1 e iguais para o restante dos barramentos; resistências e reatâncias
distintas para cada barramento da microrrede do LabREI.
Os resultados de simulação possibilitaram encontrar as resistências e reatâncias dos ramos que
melhor caracterizam a microrrede. A eficácia do modelo proposto para caracterização da microrrede
do LabREI foi validada mediante testes e simulações experimentais, os quais, apresentaram erros de
até 0,22% nas tensões dos barramentos da rede.
(i)
(ii)
Topologia experimental da rede do LabREI (i) hipótese 1 (ii) hipótese 2
Gerenciamento da Distribuição
Prof. Dr. Walmir de Freitas Filho
Neste terceiro ano de trabalho, aprofundou-se o desenvolvimento de aplicações para Sistemas
Avançados de Gerenciamento da Distribuição (do inglês, DMS – Distribution Management System)
utilizando medições ao longo do sistema de distribuição. Estas medições abrangem tanto dados RMS
fornecidos por medidores inteligentes (e.g., módulo de tensão e potências ativa e reativa), quanto
dados fornecidos por qualímetros com capacidade de medição ininterrupta de forma de onda (medição
gapless). Em tal cenário, destacam-se duas principais aplicações, bem como resultados obtidos até o
presente momento, sendo estas:
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
47
Formulação para fluxo de carga trifásico série temporal quase estático em microrredes isoladas
utilizando OpenDSS: Esta aplicação tem como finalidade fornecer uma ferramenta de análise
sistêmica de microrredes isoladas para as concessionárias de distribuição. A motivação para tal
desenvolvimento se deve porque os fluxos de carga tradicionais são inadequados para simulação em
microrredes isoladas, visto que eles não consideram as principais características de microrredes como,
por exemplo, contribuição de geradores ou sistemas de armazenamento de energia para regulação de
tensão e frequência, ausência de barra de referência e distribuição de perdas para todos os geradores e
sistemas de armazenamento de energia. Deste modo, esta formulação foi desenvolvida utilizando o
software OpenDSS, pois este é amplamente utilizado no setor elétrico brasileiro, tendo como principal
vantagem a simplicidade de implementação. Utilizou-se o sistema abaixo para testar a formulação,
sendo o resultado da distribuição de potência entre os geradores também apresentado.
Microrrede isolada utilizada como sistema teste para o fluxo de carga proposto (IEEE 34 bus)
Contribuição de potência entre os geradores fotovoltaicos
Monitoramento do risco de ressonâncias harmônicas em parques eólicos (medidores de forma de
onda): O objetivo desta aplicação é monitorar o risco de ressonâncias harmônicas em parques eólicos
utilizando apenas informações prontamente disponíveis para os engenheiros responsáveis pela
operação do parque (e.g., capacidade do parque, nível de compensação reativa do parque e nível de
curto-circuito no ponto de conexão do parque). Para isto, desenvolveu-se o gráfico mostrado abaixo,
em que as condições de operação do parque são divididas entre problemática (existe risco de
ressonância) e segura (não existe risco de ressonância). Caso o parque esteja operando na região
segura, não é necessária nenhuma análise adicional. Estudos detalhados devem ser realizados apenas
se o parque estiver operando na região problemática. As fronteiras das regiões podem ser obtidas
analiticamente utilizando dados de medição de forma de onda coletada no ponto de acoplamento
comum entre o parque e a rede (PCC).
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
48
Gráfico para análise de ressonância harmônica.
A partir da forma de onda de tensão e corrente obtidas no PCC, estima-se a impedância
equivalente do parque nas harmônicas desejadas (5ª, 7ª, 11ª e 13ª harmônicas) com a equação:
PCC
WP
PCC
V hZ h
I h
em que ZWP(h) é a impedância equivalente do parque na ordem harmônica h e VPCC, IPCC são,
respectivamente, a tensão e a corrente no ponto de acoplamento comum entre o parque e a rede. Com
esta informação da impedância do parque e com o conhecimento do nível de curto-circuito da rede no
ponto de conexão do parque é possível obter analiticamente (sem a necessidade de nenhuma simulação
computacional) os limites das regiões problemáticas do gráfico proposto. É possível obter as regiões
críticas para todas as frequências harmônicas analisadas.
Também foram investigadas aplicações práticas em que o método de análise proposto pode ser
empregado, por exemplo, para quantificar o risco de ressonância em determinado parque eólico para
diferentes cenários de operação do parque e da rede à qual ele está conectado; para identificar a
capacidade máxima de um parque eólico que pode ser conectado em determinado ponto da rede sem o
risco de ressonância; e para dimensionar o banco de capacitores do parque para eliminar (ou
minimizar) o risco de ressonâncias.
Orientações e supervisões em andamento:
Doutorado:
o Título: Desenvolvimento de metodologias para integração em sistemas de gestão da distribuição na
presença de fontes distribuídas de energia e medidores inteligentes;
o Pesquisador: Vinicius Carnelossi da Cunha. Bolsista FAPESP, processos #2017/10476-3 e
#2019/20186-8 (BEPE-DR).
Pós-doutorado:
o Título: Metodologias para a Integração de Medições de Alta Resolução no Gerenciamento dos Sistemas
Modernos de Distribuição de Energia Elétrica;
o Pesquisador: Ricardo Torquato Borges. Bolsista FAPESP, processo #2018/24018-0.
Região problemática
Região segura
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
49
Publicações em periódicos:
L. M. R. Raggi, F. C. L. Trindade, V. C. Cunha, e W. Freitas, “Non-Technical Loss Identification by
Using Data Analytics and Customer Smart Meters,” aceito para publicação em IEEE Trans. on Power
Delivery;
R. Torquato, A. Arguello, e W. Freitas, “Practical Chart for Harmonic Resonance Assessment of DFIG-
Based Wind Parks,” aceito para publicação em IEEE Trans. on Power Delivery;
B. Rosado, R. Torquato, B. Venkatesh, H. B. Gooi, W. Freitas, e Marcos J. Rider, “Framework for
Optimizing the Demand Contracted by Large Customers,” IET Gen., Transm. & Distribution, vol. 14, pp.
635-644, 2020;
T. Barbosa, J. C. G. Andrade, R. Torquato, W. Freitas, e F. C. L. Trindade, “On the Use of EV Hosting
Capacity for Management of Low-Voltage Distribution Systems,” aceito para publicação em IET Gen.,
Transm. & Distribution.
Controle de sistemas incertos.
Prof. Dr. João Bosco Ribeiro do Val
As atividades de pesquisa nesse período continuaram a ter como foco principal a noção de
controle e de estimação de estados já mencionadas. O princípio de cautela ao lidar com sistemas com
dinâmica pouco conhecida foi estendido também para o estudo do estimador em si. Nesse cenário, o
medidor além da noção de contaminação pelo ruído de forma aditiva tradicional, incorpora a ideia de
uma medida de incerteza representada por variáveis aleatórias adicionais. Reforçamos que esta
abordagem desenvolve um sentido de robustez através de ferramentas de natureza estocástica, através
da síntese de controladores e estimadores robustos, necessários ao se lidar com sistemas cujos modelos
não são perfeitamente conhecidos.
Como já afirmamos anteriormente, no cenário de uma rede elétrica inteligente é realista
considerarmos em vários dos modelos de operação, que estes sejam impregnados de incerteza. Tomá-
los como se fossem precisamente conhecidos podem induzir operações nefastas. Quando se agregam
vários subsistemas interagindo com trocas de informações restritas e possivelmente corrompidas,
considerando também que as dinâmicas envolvidas são pouco conhecidas, as noções tanto de cautela
como de robustez precisam ser agregadas aos estimadores de estados do sistema e nas leis de controle.
Esse é o objetivo principal dessa linha de investigação. As atividades em progresso durante o
período resultaram em uma dissertação de mestrado relacionada diretamente com o assunto de
controle, utilizando a abordagem citada. Também foi apresentado um artigo em conferência e foi
publicado um artigo em periódico internacional. O primeiro contém os resultados parciais da
dissertação de mestrado, que analisa a composição do problema de custo médio a longo prazo via
normas e desenvolve uma noção adequada de observabilidade para o problema. O objetivo é a garantia
da estabilidade estocástica para o sistema controlado.
O segundo artigo publicado trata do desenvolvimento do filtro de estimação de estados do tipo
Kalman, que embute a robustez na forma estocástica desejada, que denominamos EVIU (Estimation
Variations Induces Uncertainty). Aguardamos ainda a decisão sobre um terceiro artigo a mais de um
ano.
Produção bibliográfica:
• “Robust Estimation and Filtering for Poorly Known Models” Marcos R. Fernandes, João B.R. do Val,
Rafael F. Souto. IEEE Control Systems Letters, vol. 4, n. 2, p. 474–479, 2020 DOI:
10.1109/LCSYS.2019.2951611
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
50
• “When Control and State Variations Increase Uncertainty: Modeling and Stochastic Control in Discrete
Time”, “Filipe C. Pedrosa, João C. Nereu, João B. R. do Val. Automatica, Accepted provisionally as
Regular Paper
• “Observability Notions for CSVIU and Stability in Connection with Some Norms”, Daniel S. Campos,
João B. R. do Val. ACC 2020 IEEE Annual American Control Conference, Denver CO, USA. July 1-3
2020
Pesquisas em Otimização,
Prof. Dr. Christiano Lyra Filho
Ellen Marianne Bernal Cavalheiro (aluna de Doutorado)
“Otimização das Configurações de Redes de Distribuição de Energia Elétrica sob a Perspectiva
de Smart Grids”
A doutoranda Ellen Bernal foi aprovada no Exame de Qualificação, em junho de 2020. As
“melhores” configurações, a serem obtidas pelas metodologias de otimização, são definidas como
aquelas que levem a menor perda possível de energia por efeito joule, atendendo às demandas e
escoando, ou armazenando, as energias produzidas pelas fontes distribuídas ao longo da rede.
O primeiro estudo da pesquisa desenvolveu representações para os aspectos aleatórios das
gerações distribuídas no problema de otimização das configurações, considerando um pequeno número
de fontes com injeções significativas de energia nas redes. Os resultados dessa investigação foram
divulgados no artigo “Optimal configuration of power distribution networks with variable renewable
energy resources”, publicado na revista Computers and Operations Research em 2018
(https://doi.org/10.1016/j.cor.2017.09.021).
Em seguida, a pesquisa investigou o efeito, para a caracterização das melhores configurações, de
pequenas fontes intermitentes espalhadas na rede. Procurou identificar se há benefícios suficientes de
redução de perdas para justificar a reconfiguração das redes, acompanhando as variações nas
demandas médias em cada um dos nós decorrentes da intermitência de fontes fotovoltaicas. A questão
foi investigada inicialmente com simulações em um modelo de pequeno porte muito simples,
denominado “problema maquete”. As conjecturas iniciais foram investigadas em um conjunto de
simulações em instâncias de maior porte, com configurações ótimas definidas por um solver ad hoc
específico, desenvolvido com arquitetura BRKGA (biased random-key genetic algorithm). No
conjunto, a investigação permitiu levantar a conjectura preliminar de que as variações de fluxos nas
redes devido às intermitências de pequenas fontes fotovoltaicas não têm um papel fundamental para a
definição das melhores configurações para as redes, que devem ser definidas pelas distribuições de
cargas e pelas gerações distribuídas mais significativas. Uma questão ainda em aberto é a definição do
plano que separa as “fontes pequenas” das “fontes significativas”. Os experimentos desenvolvidos têm
fornecido elementos iniciais para esta caracterização.
Esses resultados foram divulgados nas apresentações realizadas por Ellen na “4th Energy for
Sustainability International Conference – Designing a Sustainable Future” (Turin, julho de 2019), no
“LI Simpósio Brasileiro de Pesquisa Operacional” (Limeira, setembro de 2019) e na “2019 IEEE PES
Innovative Smart Grid Technologies Conference Latin America” (Gramado, setembro de 2019).
Foram também divulgados no artigo “Optimal Configuration of Power Distribution Networks with
Small Intermittent Energy Sources”, publicado nos Proceedings da “2019 IEEE PES Innovative Smart
Grid Technologies Conference LA” (DOI 10.1109/ISGT-LA.2019.8895321).
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
51
As investigações ao longo dos próximos meses terão como objetivo principal o desenvolvimento
de metodologia para otimização das configurações de redes de distribuição com a presença de fontes
distribuídas e baterias para o armazenamento de energia. Alguns resultados iniciais foram divulgados
no artigo “A MINLP Model to Optimize Battery Placement and Operation in Smart Grids”, em
colaboração com Caio dos Santos e Petra Maria Bartmeyer, apresentado por Caio na “2020 IEEE PES
Innovative Smart Grid Technologies Conference North America” (Washington, fevereiro de 2020) e
publicado nos seus Proceedings (DOI 10.1109/ISGT45199.2020.9087769).
Caio dos Santos (aluno no início do Doutorado)
“Integração de um Conjunto de Pequenas Fontes Renováveis a Sistemas Elétricos Interligados”
e “Alocação de Indicadores de Falhas para Proteção Adaptativa de Redes de Distribuição de
Energia Elétrica”.
O tema “Integração de um Conjunto de Pequenas Fontes Renováveis a Sistemas Elétricos
Interligados” foi núcleo da pesquisa de Mestrado de Caio, defendida em março de 2020 (6 de março de
2020) . A pesquisa foi motivada pela observação de que as metodologias desenvolvidas ao longo dos
últimos cinquenta anos para integração de grandes usinas aos sistemas interligados são inadequadas
para estudar cenários onde um conjunto de pequenas usinas precisa ser interligado ao sistema
principal. O trabalho desenvolveu uma abordagem de otimização para estudar o novo problema,
considerando simultaneamente a integração de todo o conjunto de usinas. A metodologia encontra as
alternativas de expansão que minimizem a soma dos custos de construção e operação das redes,
considerando como alternativas de planejamento a definição da topologia e das tensões das linhas, e a
implantação de subestações com os seus respectivos níveis de tensões; as linhas e equipamentos
satisfazem a todas as restrições de operação. Técnicas de aproximação através de linearizações por
partes são usadas para obter um modelo de programação linear inteira mista, a partir da representação
original por modelo de otimização inteira não-linear. A metodologia de solução foi complementada
com um processo de redução do espaço de buscas, que identifica previamente as regiões mais
promissoras para construção de subestações. A estratégia combinada, de linearizações e redução do
espaço de buscas, permitiu uma redução no esforço computacional que viabilizou a solução de
problemas reais de integração de um conjunto de pequenas unidades renováveis. O trabalho
desenvolveu também uma abordagem por otimização multiobjetivo para auxiliar o dimensionamento
da integração de fontes intermitentes, considerando a energia anual disponível e o custo de integração.
Os benefícios da metodologia foram avaliados em três cenários reais de integração de usinas na região
sul do Brasil.
O artigo “Connecting a Cluster of Small Renewable Sources to a Power System”, baseado na
pesquisa do mestrado, recebeu o prêmio de melhor trabalho sobre o tópico “Smart Grids: Deployment,
Projects, Experiences, Interoperability and Standards”, na “IEEE PES Innovative Smart Grid
Technologies Conference Latin America 2019”.
Outro reconhecimento significativo dos benefícios da pesquisa desenvolvida no Mestrado de
Caio foi o artigo “Optimized Integration of a Set of Small Renewable Sources into a Bulk Power
System”, publicado pela revista IEEE Transactions on Power Systems (DOI
10.1109/TPWRS.2020.3002650).
O segundo tema, “Alocação de Indicadores de Falhas para Proteção Adaptativa de Redes de
Distribuição de Energia Elétrica”, vem sendo desenvolvido como pesquisa complementar em
colaboração com Petra Bartmeyer (aluna que defendeu o Doutorado em 27 de abril de 2020). A
metodologia, baseada em otimização combinatória com variáveis binárias, procura definir as melhores
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
52
localizações de indicadores de falhas em redes de distribuição de energia elétrica. A otimização da
localização dos sensores aumenta a precisão na identificação de falhas temporárias, permitindo
também a melhor coordenação de dispositivos de proteção. Após a definição da posição dos sensores,
uma estratégia de busca local baseada em simulações de Monte Carlo faz um ajuste fino da solução,
usando uma representação mais precisa dos aspectos aleatórios das falhas.
Os primeiros resultados dessa pesquisa foram divulgados no artigo “Allocation of Fault
Indicators for Adaptive Protection Schemes”, apresentado na “IEEE PES Innovative Smart Grid
Technologies Conference Latin America 2019” (DOI 10.1109/ISGT-LA.2019.8895356).
Publicação em Periódico
“Optimized Integration of a Set of Small Renewable Sources into a Bulk Power System”, Caio dos Santos,
Marcos J. Rider & Christiano Lyra, IEEE Transactions on Power Systems, pp.1-13, DOI:
10.1109/TPWRS.2020.3002650.
Apresentações e Publicações em Resumos
Conferências Internacionais
“Unveiling Additional Energy in Power Distribution Networks with Small Intermittent Sources”, Ellen
Marianne Bernal Cavalheiro & Christiano Lyra, “4th Energy for Sustainability International
Conference – Designing a Sustainable Future”, Turin, Italy, 24-26 July 2019, Book of Abstracts, page
40.
“Upstream-Downstream Dynamic Programming for Optimization of Energy Flows and Storage”,
Christiano Lyra, “4th Energy for Sustainability International Conference – Designing a Sustainable
Future”, Turin, Italy, 24-26 July 2019, Book of Abstracts, page 41.
“Optimal Design of a Framework to Connect a Set of Distributed Sources to the Power Systems”, Caio
dos Santos, Marcos J. Rider & Christiano Lyra, “4th Energy for Sustainability International
Conference – Designing a Sustainable Future”, Turin, Italy, 24-26 July 2019, Book of Abstracts.
Conferência Nacional
“Método de Seleção de Mérito para o Planejamento de Sistemas de Transmissão de Energia Elétrica”,
Caio dos Santos, Marcos J. Rider & Christiano Lyra, “LI Simpósio Brasileiro de Pesquisa Operacional
(51 SBPO)”, 2 a 6 de setembro de 2019, FCA/UNICAMP, Limeira, SP.
“Configurações Ótimas de Redes de Distribuição de Energia Elétrica com Fontes Fotovoltaicas
Pervasivas”, Ellen Marianne Bernal Cavalheiro & Christiano Lyra, “LI Simpósio Brasileiro de
Pesquisa Operacional (51 SBPO)”, 2 a 6 de setembro de 2019, FCA/UNICAMP, Limeira, SP.
Apresentações e Publicações em Artigos Completos
“Connecting a Cluster of Small Renewable Sources to a Power System”, Caio dos Santos, Marcos J.
Rider & Christiano Lyra, recebeu o prêmio de melhor trabalho sobre o tópico “Smart Grids:
Deployment, Projects, Experiences, Interoperability and Standards”, na “IEEE PES Innovative Smart
Grid Technologies Conference Latin America 2019”. DOI 10.1109/ISGT-LA.2019.8894925
“Optimal Configuration of Power Distribution Networks with Small Intermittent Energy Sources”, E.
M. B. Cavalheiro & Christiano Lyra, “2019 IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies
Conference Latin America”, September 15 to September 18, 2019, Paper 210, 5pg, Gramado, RS,
Brasil. DOI 10.1109/ISGT-LA.2019.8895321
“Allocation of Fault Indicators for Adaptive Protection Schemes”, Caio dos Santos, Petra M.
Bartmeyer & Christiano Lyra, Proceedings do “2019 IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies
Conference Latin America”, September 15 to September 18, 2019, Paper 236, 6pg, Gramado, RS,
Brasil. DOI 10.1109/ISGT-LA.2019.8895356
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
53
“A MINLP Model to Optimize Battery Placement and Operation in Smart Grids”, Caio dos Santos,
Ellen Marianne Bernal Cavalheiro, Petra Maria Bartmeyer & Christiano Lyra, “2020 IEEE PES
Innovative Smart Grid Technologies Conference North America”, February 17 to February 20,
Washington, DC, USA. DOI 10.1109/ISGT45199.2020.9087769
Outras atividades em desenvolvimentos relacionadas ao Projeto
Implantação do LabREI
A instalação do LabREI é um trabalho coletivo, uma vez que exige a colaboração e coordenação
de diversas atividades, incluindo o comissionamento e comunicação com as cargas e fontes
programáveis; a instalação dos sensores e medidores inteligentes com a respectiva estrutura de
comunicação; a rede de comunicação, com serviços de segurança cibernética; os servidores
computacionais; etc. Esse conjunto de atividades tem contado com a participação excepcional de
jovens doutores: Dr. João I. Y. Ota e Dr. Hildo Guillardi Jr., ambos PAs do projeto, e o Dr. Raphael
Rosa, da área de TIC que mais recentemente se uniu à equipe.
O Painel LabREI é composto por uma estrutura elétrica e por uma estrutura de dados e
medições. Para facilitar o entendimento quanto à evolução da implantação das estruturas do Painel
LabREI, ela pode ser dividida em duas etapas principais, que por sua vez podem ser divididas em
outras sub-etapas. Acrescenta-se a essas etapas a programação posterior da estrutura de dados e
medições, a qual teve início em 2020, dentro das limitações impostas pela crise sanitária causada pela
pandemia.
1. Construção física, equipamentos e estrutura da rede elétrica
a. Montagem física do Painel LabREI
b. Inserção de cabos trifásicos, chaves contatoras
c. Montagem de estrutura para equipamentos e conexões elétricas
d. Comissionamento de equipamentos elétricos
e. Comissionamento da estrutura elétrica do Painel LabREI
2. Construção física, equipamentos e estrutura de dados e medições
a. Projeto e montagem de transdutores e medidores de tensão e corrente
b. Projeto e montagem de placas de interface e controle remoto de chaves contatoras
c. Projeto e montagem de estrutura de cabos para medidores e equipamentos
d. Montagem e configuração de rede de dados e servidor
Andamento da construção física, equipamentos e estrutura da rede elétrica (Atividade coordenada
pelo Dr. João Ota)
A estrutura elétrica reproduz a rede elétrica trifásica de quatro fios, reconfigurável, possui cargas
lineares e não lineares, inversores monofásicos e trifásicos emulando fontes de energia renováveis.
Espera-se que também haja conversores “formadores de rede” (‘grid-forming converters’), de tal
forma que se possa emular a operação ilhada de uma microrrede. A estrutura elétrica foi explicada com
detalhes no relatório do exercício do ano 2018-2019.
Conforme apresentado em relatório do exercício do ano de 2018-2019, a montagem física do
Painel LabREI foi finalizada, juntamente com a inserção de cabos trifásicos e a montagem de estrutura
para equipamentos e conexões elétricas. No ano de 2019-2020, foram realizados testes de
comissionamento da estrutura elétrica do Painel LabREI, assim como testes com os equipamentos.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
54
Os testes de comissionamento do Painel Elétrico consistiram nas seguintes atividades:
● Testes de continuidade de todas as conexões elétricas e dos cabos elétricos
● Testes de todas as chaves contatoras
● Padronização de conexões trifásicas
● Caracterização da rede elétrica em frequência
A caracterização da rede elétrica foi finalizada e foi possível identificar a indutância e
capacitância por metro da rede elétrica do Painel LabREI7.
Essa atividade foi iniciada com o TCC de Lucas de Luca, com supervisão do Dr. João Ota. Os
estudos prosseguem no mestrado de Rafael K. Carneiro.
As figuras apresentam a configuração utilizada na verificação e a disposição dos cabos nas
eletrocalhas, respectivamente. A distância de cabos entre cada barra é de aproximadamente 25 metros.
Digrama unifilar da Microrrede LabREI na configuração para identificação de parâmetros elétricos e
disposição dos cabos do painel ao longo da eletrocalha.
Descrição dos métodos utilizados
Realizaram-se diversos ensaios para a caracterização dos parâmetros da rede LabREI, todos com
resultados muito consistentes:
a) Caracterização por frequência por método de degrau de tensão;
b) Caracterização por frequência por método de varredura de frequência;
c) Caracterização de parâmetros por medidor LCR.
Apresentam-se alguns resultados referentes aos ensaios a) e b). A caracterização levou em conta
que a microrrede LabREI é um sistema trifásico a quatro fios. A caracterização é feita da barra B1 até
a barra B13, resultando em um comprimento total de aproximadamente lc=300 m. Os métodos foram
realizados com pares de fases do sistema trifásico, descritos a seguir:
Para o método em (a), realizou-se a aplicação de um degrau de tensão CC de 150 V na
extremidade de cada par de cabos. Observaram-se as tensões na extremidade inicial do cabo (barra B1)
e na extremidade final do cabo (barra B13).
Observa-se que a tensão na extremidade do cabo apresenta oscilações devidas aos modos de
excitação dos cabos. A partir desses modos de oscilação é possível obter os parâmetros de capacitância
e indutância por metro de cabos. É possível obter um período de oscilação T. A partir do período de
oscilação T, pode-se determinar a frequência natural fo=1/T.
7
Frequency response of the LabREI microgrid (TFC-FEEC-UNICAMP, in Portuguese), Lucas de Luca, Dec 2019. Disponível em:
http://www.fee.unicamp.br/lab-rei/relatoriosreportsthesis
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
55
Aplicação de degrau de tensão: Tensão na extremidade inicial do cabo (barra B1) em cor azul, parte
superior, e tensão na extremidade final do cabo (barra B13) em cor vermelha, parte inferior.
A permissividade relativa do dielétrico (𝜀𝑟) é estimada:
em que 𝑐 representa a velocidade da luz no vácuo e 𝑙𝑐 o comprimento do cabo utilizado. Com isso, é
possível calcular a capacitância por unidade de comprimento entre duas fases do cabo dado por:
em que 𝑑 é a distância entre duas fases e 𝑟 é o raio do condutor do cabo. Além disso, sabe-se que a
velocidade da luz no vácuo é dada por:
Assim, resulta que a capacitância por um metro de comprimento, em função de 𝑓0 é dada por:
Com o valor da capacitância 𝐶 por metro de comprimento, determina-se a indutância 𝐿 por
metro de comprimento a partir de:
Usando as relações anteriores resulta na indutância por metro do cabo em função da frequência
natural e da capacitância, expressa por:
Para obter a capacitância e indutância total do cabo é necessário multiplicar o valor calculado em
(7) pelo comprimento total do cabo conhecido 𝑙𝑐.
O método por varredura de frequência consiste em determinar a frequência natural do sistema
através da resposta a uma entrada senoidal (sinusoidal frequency sweep). A figura a seguir apresenta as
formas de onda. Nesse caso a frequência natural corresponde ao momento em que ocorre o máximo da
tensão na extremidade final do cabo (curva azul clara, canal 3) que corresponde ao valor mínimo da
tensão na extremidade inicial do cabo (curva azul escura, canal 1).
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
56
Parte superior: Tensões na extremidade inicial e final dos cabos. Parte inferior: corrente no cabo.
Resultados
Parâmetros obtidos com o método da Resposta ao Degrau (150 V) e da Varredura em Frequência
Teste de ressonância com capacitor conectado à rede
Com o intuito de verificar a frequência natural da rede ao se conectar uma carga, foi conectada
uma fonte de alimentação de computador com correção do Fator de Potência na barra B6, ou seja, na
metade da rede. Essa fonte tem por característica uma capacitância de entrada de 475 nF, mesmo
desligada, devido ao filtro de interferência eletromagnética (EMI) em sua entrada. Nota-se que a
capacitância dos cabos da Microrrede LabREI é baixa, o que torna o efeito capacitivo dessa carga
dominante.
Fonte de computador com filtro de EMI na entrada e configuração padrão de um filtro de EMI.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
57
Ensaio com a carga conectada na barra B6. Parte superior: tensão na extremidade inicial (B1), em cor
azul escura (canal 1). Parte central: tensão na extremidade final (B13), em cor azul clara (canal 3).
Parte inferior: corrente em cor rosa, (canal 2).
Tem-se que T = 37,5 us. É possível obter, seguindo o procedimento explicitado na seção 4.2.1, a
frequência natural: f0 = 26,667 kHz. Com o intuito de se comparar o valor obtido experimentalmente,
calcula-se o valor teórico através de:
Para realizar o cálculo, deve-se conhecer o valor de 𝐿𝐵6 e 𝐶 de entrada da fonte que foi utilizada.
Como foi mencionado anteriormente que 𝐶 = 475 nF, e, 𝐿𝐵6 = (0,63uH/m x 125m) =78,75uH. Note
que a fonte foi conectada entre as fases A-C e que cada lance de barra tem 25 metros, resultando nos
125 metros considerados para o cálculo de 𝐿𝐵6. Conforme já mencionado, a capacitância intrínseca da
linha é muito pequena, podendo ser desprezada com relação à capacitância da fonte com correção de
fator de potência. Dessa forma, obtém-se que o valor teórico da frequência natural é f0 = 26,109 kHz
O valor obtido experimentalmente apresenta um erro de, aproximadamente, 2,1%, indicando que
há uma alta confiabilidade com o valor obtido.
Discussões
A frequência natural do sistema utilizando os métodos de Resposta ao Degrau (150 V) e
varredura em frequência para os cabos da Microrrede LabREI está em torno de 150 kHz a 160 kHz.
Esses valores são de extrema importância, pois estão na mesma faixa de frequência de operação de
sistemas PLC (Power Line Communication), que operam dentro da faixa de 3 a 500 kHz para
aplicações de banda restrita.
Adicionalmente, a frequência resultante das indutâncias devido à rede elétrica e as capacitâncias
devido aos filtros de EMI de cargas eletrônicas rede está muito próxima da frequência de chaveamento
dos IGBTs empregados nos inversores de frequência utilizados nos painéis fotovoltaicos, comumente
utilizados em microrredes, frequências essas que estão em torno de 20 kHz. Ou seja, pode-se ter
ressonância com alguma carga conectada a rede e danos podem ser causados aos equipamentos.
Esta atividade foi realizada no contexto de um TCC do estudante Lucas de Luca. O tema vem
sendo ulteriormente investigado pelo mestrando Rafael K. Carneiro que pesquisa o tema de
supraharmônicas e teve um artigo apresentado no IEEE ISIE 2020, o qual recebeu a premiação de
melhor artigo de sua sessão.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
58
R. K. Carneiro, J. I. Y. Ota and J. A. Pomilio, "Field Measurements of Non-intentional Emissions above 2
kHz in Photovoltaic Inverter Installations," 2020 IEEE 29th International Symposium on Industrial
Electronics (ISIE), Delft, Netherlands, 2020, pp. 1503-1508, doi: 10.1109/ISIE45063.2020.9152213.
Foram feitos também testes de comissionamento para os principais equipamentos elétricos. Os
equipamentos foram testados quanto à sua operação local, feita através de IHM do equipamento, e
operação remota, feita utilizando o software de interface fornecido pela fabricante. Os testes foram
realizados na estrutura elétrica do Painel LabREI. Nos testes do emulador de painel fotovoltaico e
emulador de baterias, dois inversores comerciais foram utilizados como interface CC-CA. Foram
fornecidos também os manuais de programador de todos os equipamentos, de tal forma que uma
interface customizada possa ser realizada pelos pesquisadores do LabREI.
Acesso remoto às fontes e cargas
A etapa consistiu no estabelecimento da comunicação entre os equipamentos do LabREI, com
objetivo de operação remota da microrrede. Essas atividades estão relacionadas com a IC de Júlia
Alves Farias, com supervisão do Dr. João Ota.
Os equipamentos testados foram:
a) NHR9410 Fonte trifásica simuladora de rede [1], [2], que permite a realização de testes e
simulações com medidas da microrrede predefinidas;
b) NHR9430 Carga regenerativa programável [1], [3], que viabiliza a determinação dos parâmetros:
valores de potência ativa, potência reativa, corrente RMS, fator de potência, entre outros;
c) Banco de cargas passivas, utilizado para fornecer os parâmetros desejados como potência ativa e
potência reativa;
d) Keysight N8937APV Fonte CC programável [4], que opera como simulador de painel
fotovoltaico, que podem estar em forma de arranjo conectado em série ou paralelo. Possibilita
determinar limites de tensão, Tensão de Potência Máxima (VMP) e Tensão de Circuito Aberto
(VOC), e limites de corrente, (Corrente de Potência Máxima (IMP) e Corrente de Curto Circuito
(ISC);
e) Keysight RP7952A Carga CC programável [5], que opera como simulador de baterias. Viabiliza
determinação de valores máximos de tensão e corrente e definição de resistência interna, o que
caracteriza o tipo de bateria que se deseja simular.
Para isso, o primeiro passo foi compreender a estrutura dos equipamentos. Procedimentos como
inicialização, mudança de parâmetros e seleção de resultados foram feitos, em um primeiro momento,
diretamente nos dispositivos.
O segundo passo consistiu na familiarização com a comunicação, configuração e operação
remota de cada equipamento. Os respectivos softwares foram instalados em computador do LabREI e
foram realizados testes de ambientação, baseado no estudo dos manuais. Os procedimentos de
inicialização e estabelecimento de parâmetros, foram realizados remotamente. Em um momento
inicial, cada equipamento foi testado de maneira isolada, de modo a obter um maior domínio sobre
cada interface.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
59
Figura 3. Interfaces da NHR9410 Fonte Trifásica simuladora de rede, do Banco de Cargas Passivas, da
Fonte CC Programável (emulador FV) e da fonte CC bidirecional (emulador de baterias)
Software da NHR9410 Fonte Trifásica simuladora de rede e da NHR9430
Software do Banco de Cargas Passivas e da Fonte CC programável (FV)
Uma das dificuldades enfrentadas nessa etapa foi a diferença de fabricantes dos equipamentos. O
monitoramento remoto da microrrede será feito através de uma única interface. Entretanto, no presente
momento ainda é necessária a inicialização individual de cada equipamento.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
60
Operação conjunta entre os equipamentos
O primeiro passo consistiu na medição dos parâmetros de tensão e corrente da rede através da
conexão do simulador de rede com os terminais da carga Regenerativa Programável, observando as
medidas remotamente.
Conexão de Fonte Regenerativa NHR9410 e Carga de 4 quadrantes NHR9430
Posteriormente, a Fonte CC Programável foi utilizada, juntamente ao Simulador de PV e ao
Simulador de Banco de Baterias, conectada a inversor. A fonte foi ajustada para produzir a potência
desejada, de acordo com os extremos de tensão e corrente CC suportados pelo inversor. A saída do
inversor, por sua vez, foi conectada à microrrede do LabREI. Ambos emuladores foram conectados a
um Inversor Monofásico, e o inversor conectado à Fonte Regenerativa, através da microrrede. Foram
obtidas medidas de tensão e corrente nos terminais da Fonte.
Conexão de Fonte Regenerativa NHR9410 e Inversor monofásico com Fonte CC programável
(N8937APV ou RP7952A)
A partir do software Keysight SAS Control, é possível ajustar os parâmetros desejados, como
limites de tensão (Tensão de Potência Máxima (VMP) e Tensão de Circuito Aberto (VOC)), limites de
corrente (Corrente de Potência Máxima (IMP) e Corrente de Curto Circuito (ISC)), temperatura,
irradiação, velocidade do vento, entre outros.
Operação CC do Inversor Monofásico conectado à Fonte CC N8937APV.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
61
Andamento da construção de estrutura de dados e medições (atividades coordenadas pelo Dr.
Hildo Guillardi Jr. e pelo Dr. Raphael Rosa)
Trata-se de estrutura de grande importância para a implantação do LabREI que perpassa por
aspectos de desenvolvimento de hardware especializado, pela concepção sistêmica, pelo
estabelecimento do sistema de comunicação e pela estrutura de armazenamento e tratamento de dados.
Destaca-se no período as contribuições do Dr. Hildo Guillardi Jr, que, com a finalização de seu
doutorado passou a integrar o grupo de PAs. Algumas das atividades tiveram início ainda durante o
doutorado. Dr. Guillardi projetou, desenvolveu e segue trabalhando na realização do sistema de
medições, na comunicação entre medidores e outros dispositivos na rede, bem como colabora
ativamente na concepção sistêmica. As atividades do Dr. Raphael Rosa, que se juntou mais
recentemente à equipe, especialista na área de TIC, tem permitido efetivar a implantação dos
servidores de dados, bem como estruturar aspectos ligados à segurança da comunicação e dos dados.
Dr. Ota, responsável pela implantação e operação do LabREI, tem o importante papel de colaborar
com uma visão sistêmica e holística da estrutura.
Possivelmente esta seja a faceta do projeto que mais avançou no aspecto de interdisciplinaridade.
A capacidade de trabalhar cooperativamente é uma característica que tem que ser muito valorizada e é
uma satisfação que o projeto possa oferecer tal oportunidade a jovens Doutores.
A Figura a seguir apresenta de que maneira as estruturas de dados e de medições se relacionam
com a estrutura elétrica. As estruturas de dados e de medições permitem que a microrrede seja
gerenciada, controlada e monitorada remota e sistematicamente e permitem duas possibilidades: (i) a
realização de uma camada de comunicação e medição para a emulação completa de uma microrrede,
com medidas de cada barra e o gerenciamento e monitoramento em nível de operação central de
microrrede; ou (ii) a disponibilização de uma estrutura de medições e controle de apoio para atividades
de avaliação e ‘benchmarking’ da performance de diversas tecnologias relacionadas a smart grids e
microrredes, tais como inversores fotovoltaicos, medidores inteligentes, servidores de controle
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) e RTUs (Remote Telecommunication Units) ,
entre outros.
Cada barra da estrutura elétrica é equipada com um medidor interno, o qual realiza a amostragem
de tensões e correntes trifásicas. As medidas de todos os medidores internos são coordenadas pela
unidade de controle cRIO-9039 (Compact Reconfigurable Input Output), produzida pela NI8 e
programada pelos pesquisadores do LabREI. A cRIO também realiza, através de uma placa de
interface, o acionamento remoto das chaves contatoras de cada barra e ações complementares, tais
como: verificação do estado de funcionamento, sinais de emergência, sinalização no Painel LabREI,
entre outros. A comunicação entre a cRIO e os medidores internos é feita por cabos blindados de par
entrelaçado com conectores RJ45 e placas de interfaces de comunicação, projetadas e confeccionadas
pelos pesquisadores do LabREI.
8
https://www.ni.com/pt-br/support/model.crio-9039.html
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
62
Diagrama com estrutura elétrica (cor preta) e estrutura de dados e medição (cor azul) do Painel
LabREI. Sentido de setas indica o fluxo de informação.
Conforme já indicado nos relatórios anteriores, em cada barra é previsto um medidor inteligente.
A presença desse medidor não é necessária para o monitoramento do Painel LabREI, pois objetiva o
teste de seu desempenho ante as medidas realizadas pelo medidor interno. Reserva-se a rede de dados
resumida pelo Switch C para os medidores externos com o objetivo de melhor organizá-los. Os
equipamentos de dados e medições dentro do Painel LabREI serão também conectados ao Switch C,
incluindo a cRIO e outros roteadores para a comunicação dos medidores externos. A figura ilustra um
medidor de energia bidirecional com conexão via cabo. Medidores com conexão wireless ou mesmo
por PLC (Power Line Communication) também são permitidos.
A unidade “inversor” de cada barra apresenta interfaces de comunicação e pode ser programada
e comandada remotamente. Não é necessária que a unidade “carga” seja controlada remotamente, mas
torna-se útil quando tal ação é possível. A princípio, toda a interface de comunicação usa conectores
RJ45 e cabos entrelaçados, com adaptações para as exceções. Por motivos práticos, espera-se que as
interfaces de comunicação dos elementos das barras sejam acumuladas no Switch B, que se localiza
próximo das cargas e dos inversores. Para cada unidade “inversor”, considera-se que as interfaces de
controle e comunicação tanto do inversor quanto da fonte (que emula a geração local) se comunicam
com o Switch B. A interface de comunicação do conversor bidirecional (G1) também é conectada no
Switch B pela proximidade física.
O Switch A para concatena os elementos de dados e medições do Painel, os equipamentos
elétricos, a rede de computadores do LabREI e o conjunto de servidores (na Figura, representados
apenas por “Servidor”). Usuários, internos ou externos, têm acesso remoto à estrutura do LabREI
através do acesso ao servidor. O servidor também provê acesso à internet, incluindo os computadores
do LabREI. Prevê-se o uso de cabeamento de fibra ótica para as conexões com os Switches B e C e
com o servidor. Em relação à cibersegurança, está previsto o uso de um firewall no servidor, além de
apps e softwares de segurança e monitoramento da rede, procurando a maximizar o uso da estrutura de
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
63
hardware existente e garantir a integridade cibernética do LabREI. O servidor deve hospedar e
executar diversos serviços, tais como aqueles relacionados para o funcionamento, controle e
monitoramento do Painel LabREI assim como serviços relacionados ao acesso remoto e externo à
estrutura do LabREI, à exibição e uso de dashboards para visualização de dados e operação da rede, ao
armazenamento de dados de experimento e de registro de uso e acesso de usuários, entre outros.
A próxima Figura apresenta o medidor interno posicionado na estrutura elétrica e a estrutura de
controle cRIO com placas de interface. Esses dispositivos caracterizam a estrutura de medições do
Painel LabREI. O medidor interno foi projetado para obter dados em uma taxa de amostragem de 100
kHz, o que permite reconstruir oscilografias até a faixa de 50 kHz. O relatório anterior descreveu em
maiores detalhes o medidor, desenvolvido pelo Dr. Guillardi Jr. e pelo bolsista Joel Guerreiro.
O medidor interno mede a corrente resultante que é injetada em cada barra. No caso de uma
barra que tenha derivação para outros ramos, a corrente que é medida corresponde à soma da corrente
injetada na barra com a corrente da derivação. Tal característica decorre do posicionamento do
medidor na estrutura elétrica, o qual é apresentado na Figura B. Deve-se, portanto, programar a cRIO
para obter a corrente que é devida à barra e seus elementos, realizando cálculos de acordo com cada
topologia de rede. Ainda é possível obter as correntes de todas as barras da estrutura elétrica,
independente da topologia da rede elétrica.
Medidor interno e cRIO-9039. À esquerda: foto de medidor interno inserido no Painel LabREI e
correntes em uma barra com derivação. À direita: cRIO com placas de interface conectadas.
O projeto e a manufatura dos medidores internos e das placas de interface já foram realizados.
Os próximos passos são (i) a instalação definitiva dos medidores internos na estrutura elétrica do
Painel LabREI, (ii) instalação definitiva do cRIO e fontes de alimentação no Painel LabREI, (iii)
conexões de cabos entre chaves contatoras e medidores internos e (iv) comissionamento da estrutura
de dados e medições. Acrescenta-se a programação de todos esses dispositivos, já com início em 2020.
Até o momento foram feitas as seguintes atividades:
● Instalação dos servidores: todos os servidores tiveram seus discos arranjados e configurados,
sistema operacional instalado, e atualmente estão interligados em uma rede inicial que permite
acesso remoto.
● Instalação dos serviços concluída: todos os serviços computacionais do LabREI estão
operacionais e com backup funcional.
● Planejamento de infra de redes do LabREI concluída: Está em andamento plano de compra de
equipamentos e instalação de cabos de rede para a infraestrutura do LabREI.
Os principais serviços disponibilizados até o momento pelos servidores são:
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
64
● Website provisório do LabREI: acessado pela URL https://labrei.dsce.fee.unicamp.br,
em fase de construção e de alinhamento de conteúdo.
● Gitlab: serviço de repositório de códigos e de gerência CI/CD de software (Continuous
Integration, Continuous Deployment).
● Zabbix: serviço de monitoramento de tráfego e acesso na rede do LabREI.
● Owncloud: serviço de armazenamento de dados hospedado no servidor.
● Etherpad: serviço para anotações colaborativas online.
● SSH: acesso remoto ao servidor e à estrutura do LabREI.
Como atividades futuras, estão planejadas:
● Criação de contas de usuários para acesso a serviços do LabREI, criação de documentação dos
serviços, políticas de utilização da infra.
● Gestão dos serviços da infra do LabREI: todos os serviços do LabREI serão devidamente
configurados (ex.: site com conteúdo, serviço de monitoramento da infraestrutura, acesso a
servidor de arquivos com pastas comuns).
● Projeto de cabeamento do LabREI: execução de planejamento e obtenção de orçamentos para
realizar compra de equipamentos de rede e contratação de serviço de cabeamento.
Desenvolvimento de aplicação para gestão da rede do LabREI
Atividade de Iniciação científica do Bolsista João Guilherme Alves Santos
Supervisor: Dr. Hildo Guillardi Jr.
Esse projeto busca o desenvolvimento/configuração de uma plataforma para armazenamento e
visualização de dados enviados por diversos equipamentos: sensores, medidores inteligentes de energia
elétrica e etc.
Na figura a seguir tem-se a exibição de resultados de uma simulação de uma rede elétrica com
comunicação MQQT, com dados guardados em base de dados InfluxDB e expostos na aplicação web
de análise Grafana, que, além de exposição de tabelas e gráficos relacionados a uma base de dados,
possibilita o gerenciamento de usuários e administradores.
O sistema atualmente já tem iniciada a comunicação MQQT que possibilita diferentes
equipamentos em uma mesma rede se comunicarem e já tem um protocolo próprio de comunicação em
pacotes json, onde já é simulado de maneira introdutória o funcionamento de uma rede onde os dados
são transmitidos respeitando esses padrões e são armazenados em uma base de dados InfluxDB, sendo
já recebida pela plataforma Grafana onde é possível visualizar os resultados obtidos, como o exposto
na figura.
Aplicação Grafana expondo valores de corrente obtidos em simulação.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
65
Layout e espaço físico do LabREI
Com o objetivo de melhor acomodar os equipamentos e a equipe de pesquisadores, estão em
andamento algumas alterações no espaço físico. Figuras a seguir apresentam layouts do LabREI e a
reforma feita na sala do Painel LabREI.
À esquerda, layout atual com sala do Painel ampliada. À direita, expansão para sala conjugada
(aguardando liberação).
Ampliação da sala do Painel LabREI. À esquerda, vista interna. À direita, vista externa.
Visão conceitual da rede experimental do LabREI
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
66
Foram realizados experimentos na estrutura física do LabREI, como testes de continuidade
dos barramentos da rede elétrica e verificação das contatoras e disjuntores de cada barra. Foram
documentados procedimentos de inicialização do simulador de rede e dos testes de verificação das
contatoras e disjuntores, além da padronização de fases da rede.
No início de 2020, o LabREI recebeu aporte de recursos financeiros para ampliação do parque de
equipamentos e instalações físicas através do Projeto P&D da ANEEL PA3058 - Projeto MERGE
(Microgrid for Efficient, Renewable and Greener Energy) da CPFL em conjunto com Unicamp,
UFMA (Universidade Federal do Maranhão) e IATI (Instituto Avançado de Tecnologia e Inovação).
Lista-se as principais aquisições:
● Adição de carga CA de 4 quadrantes NHR9430
● Adição de emulador de baterias Keysight RP7952A
● Analisadores de energia Dranetz HDPW-SP Visa e Hioki PQ3198
● Osciloscópios Tektronics MSO46-4-BW-500 e Rhode&Schwartz RTE1054+RTE-K31
● Simulador Digital em Tempo Real com Dispositivo em Malha (Hardware-in-the-Loop: HIL)
Inversor Modular de Alta Frequência para Microrredes e Sistemas Elétricos Aeronáuticos
Atividades desenvolvidas pelo doutorando J. F. Guerreiro e pelo Dr. H. Guillardi Jr.
Na Figura tem-se o inversor PWM completamente desenvolvido no LCEE, o detalhamento do
projeto está apresentado na publicação “Design Procedures and Prototyping of a Full-Bridge High
Frequency Power Inverter”. Este inversor será utilizado para projetos em que seja necessário fazer
chaveamento em alta frequência (100 - 200 kHz), como retificadores, filtros ativos, fontes de energia,
inversores fotovoltaicos, etc.
Inversor de Alta Frequência produzindo PWM de 100 kHz
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
67
J. F. Guerreiro, H. G. Júnior and J. A. Pomilio, "Design Procedures and Prototyping of a Full-Bridge High
Frequency Power Inverter," 2019 IEEE 15th Brazilian Power Electronics Conference and 5th IEEE
Southern Power Electronics Conference (COBEP/SPEC), Santos, Brazil, 2019, pp. 1-6, doi:
10.1109/COBEP/SPEC44138.2019.9065318.
Análise de Qualidade da Energia Elétrica e sua Visualização
Atividade do bolsista de IC Lucas Seiji K. Iijima, com supervisão do Dr. João Ota e coorientação do
Prof. Dr. Léo Pini Magalhães
I. Introdução
O objetivo da primeira parte do projeto foi o mapeamento de sinais de tensão para imagens que
identifiquem eventos e características específicas em baixa tensão (TN = 127 V, 60 Hz) tais como,
elevações e afundamentos, harmônicas e transitórios. No decorrer do projeto foram realizados
constantes aprimoramentos na forma de representação das imagens visando um mapeamento robusto e
representações que sejam intuitivas para um operador humano associar a sinais de tensão.
II. Mapeamento Tensão-Imagem
O mapeamento do sinal de tensão para uma imagem foi feito a partir de um ciclo do sinal e
segue três etapas: extração de características, comparação com limites pré-estabelecidos e construção
da superfície. Na etapa de extração de características são calculadas, para cada fase, as tensões
instantâneas, os módulos e defasagens das tensões fundamentais de cada fase e do neutro, o valor de
suas componentes harmônicas individuais (ímpares, até a 13a), a THD (Total Harmonic Distortion) e o
Fator de Desequilíbrio (FD).
Na segunda etapa, os atributos obtidos são comparados com limites estabelecidos pela Tabela 1
de maneira a definir as propriedades da imagem que representem o conjunto de características
extraídas. Na terceira etapa, a imagem é gerada a partir de superfícies cujos elementos estão indicados
na Figura 2. Nesta etapa, somente as características que excedem os limites estabelecidos pelo menos
uma vez (e.g. em uma ou mais fases) são associadas à imagem.
a
O conjunto de imagens construído através do mapeamento forma uma animação da dinâmica das
tensões de fase no período de tempo analisado. Em uma aplicação em tempo real, a superfície seria
atualizada em sincronia com o sinal adquirido por medidores na rede elétrica.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
68
Figura 1 Figura 2
III. Descrição da Imagem
A imagem resultante do mapeamento é composta por três superfícies: a superfície externa, a
esfera do terra (cor azul) e a esfera do neutro. A primeira delas é dividida em três seções que
representam cada tensão de fase e estão defasadas de acordo com os ângulos entre as fases das
componentes fundamentais. Cada uma delas possui um conjunto composto por um gomo, uma faixa,
torres e contornos, sendo que a quantidade destes últimos identifica cada fase (1 – fase A; 2 – fase B;
e 3 – fase C). A associação de cada elemento com as características de tensão é feita na Tabela 1. Vale
ressaltar que, além da dinâmica de cores evidenciada pela tabela, o comprimento dos “gomos” e das
“torres” são proporcionais, respectivamente, ao nível das tensões fundamentais e das harmônicas
individuais e reforçam tais características das tensões na imagem. Ademais, no intuito de facilitar a
identificação de componentes harmônicas, a N-ésima harmônica em uma dada fase é representada por
um conjunto horizontal de N torres na superfície do gomo correspondente.
Em relação às duas outras superfícies da imagem, a distância relativa da esfera do terra em
relação à esfera do neutro é um elemento adicional que contribui para a representação de
desequilíbrios.
IV. Discussão e Conclusões
Do ponto de vista da análise da qualidade de energia elétrica, a representação em imagem
inclui as principais características de tensão e oferece ao operador uma alternativa de visualização
compacta da dinâmica da rede.
O processo de mapeamento dos sinais foi feito em ambiente MATLAB e se mostrou custoso no
tempo de execução de maneira que em uma situação em tempo real a geração das imagens não
acompanhará velocidade de geração de dados pelos medidores. Em razão disso, uma alternativa seria a
reprodução do projeto em linguagem Python. Ou ainda, com base no resíduo de um filtro notch
sintonizado na frequência fundamental, poderia ser implementada uma rede neural que atue em uma
pré-seleção de ciclos do sinal e todo o processo de mapeamento seria feito somente para situações de
violação de limites.
Em conclusão, a imagem resultante confere ao operador uma maneira visual de identificar
eventos e características de sinais de tensão. Apesar disso, são necessárias algumas modificações que
acelerem o processo de mapeamento e permita a implementação do sistema em tempo real.
PROCESSO 2016/08645-9 RELATÓRIO PARCIAL Nº 3
69
Conclusões do Relatório do 3º ano de atividades
As atividades estruturais do projeto, especialmente a implantação do LabREI, sofreram um
impacto considerável por conta do fechamento da Faculdade, o que impossibilitou a sequência de
algumas tarefas importantes, como o comissionamento dos equipamentos e o desenvolvimento de
sistemas de comando e controle remotos, com a interconexão das fontes, cargas, medidores, etc. Ainda
que algumas poucas atividades tenham sido liberadas (em particular aquelas relacionadas com a
obtenção de resultados experimentais para a finalização de teses e dissertações), não está claro quando
o uso dos laboratórios de pesquisa serão liberados par uso geral.
Um dos objetivos deste projeto, provavelmente o mais relevante e que está presente em sua
denominação, é a realização de atividades interdisciplinares. Com o começo de atividades no LabREI,
ainda que de forma não completa, foram iniciadas atividades com essa característica, como mostram
alguns dos relatos técnicos apresentados ao longo do relatório. Em especial os pesquisadores e
estudantes da área de sistemas de potência, em parceria com pesquisadores e estudantes em eletrônica
de potência, têm realizado ensaios e definido experimentos que fazem uso da nova estrutura
laboratorial.
Em termos gerais, as atividades realizadas pelos pesquisadores e seus orientandos é bastante
satisfatória, como pode se verificar pelos aspectos quantitativos de publicações e trabalhos de
conclusão. No que se refere a teses e dissertações mantem-se o bom nível de produção visto nos anos
seguintes. Deve-se observar, no entanto, uma redução de entrada de novos estudantes em virtude da
falta de financiamento (bolsas). O expressivo corte na quantidade de bolsas CAPES e CNPq, a
elevadíssima competição nos pedidos à FAPESP, além dos valores reduzidos das bolsas quando
comparados ao que o mercado na área de engenharia elétrica oferece, têm criado um ambiente muito
pouco atrativo para a pós-graduação. É um problema estrutural que terá que ser resolvido, ao custo de
prejudicar toda estrutura da pós-graduação no país.
As colaborações internacionais têm se mantido, com a consolidação daquelas presentes desde a
proposição do projeto, em especial a Universidade de Pádua, e o Norwegian University of Science and
Technology. Uma nova parceria com o Royal Melbourne Institute of Technology, na Austrália, por
meio de um estágio de estudante de doutorado foi adiada por conta da pandemia, mas deverá se
realizar quando possível.
Também as parcerias nacionais com pesquisadores de algumas Universidades Federais têm sido
muito produtivas e devem seguir com intensa colaboração.
Em relação aos recursos, conforme explicitado na Prestação de Contas apresentado à equipe do
Projeto, houve uma forte redução de despesas dada a ausência de congressos presenciais em 2020,
além de uma redução de valores de taxas de inscrição.
Especialmente com a boa reserva de recursos de Benefícios Complementares, acredita-se ser
possível levar a bom termo também financeiramente o projeto pelos próximos dois anos.