Síntese de controladores droop para paralelismo de UPS

Abstract

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de controladores droop para a operação de sistemas ininterruptos de energia em paralelo em uma configuração off-grid. O sistema foi dividido em dois laços, um interno responsável pela regulação da tensão de saída e um externo responsável pela regulação das potências. Dois controladores internos distintos foram implementados para o seguimento da referência, um PID projetado para atender as atenuações das distorções harmônicas especificadas na IEC 62040-3 e um ressonante projetado por LMI (do termo em inglês, Linear Matrix Inequalities). O laço externo é composto por um controlador do tipo droop que altera a fase da referência do controlador interno para regular a potência ativa e a amplitude da mesma para o controle da potência reativa. O controle da potência reativa se dá por um controlador proporcional, enquanto o ajuste da potência ativa é realizado por um controlador proporcional integral da fase para ambos controladores internos. Para fins de comparação, foi também implementado um ajuste de fase do sinal de referência puramente proporcional à potência ativa. Verificou-se o comportamento do sistema para duas UPS de 3,5kVA partido com defasagem de 1,5 graus entre suas referências e aplicou-se os testes de carga especificados na norma IEC 62040-3 para uma carga de 7kVA. Todos resultados foram obtidos mediante co-simulações computacionais realizadas com os software Matlab/Simulink e PSIM.

This paper presents the development of droop controllers applied to the parallelism of uninterrupted power supplies systems in off-grid configuration. The system was divided in two loops, the inner one responsible for the output voltage regulation and the external one responsible for the power regulation. Two different inner controllers were implemented in order to track the reference, a PID designed to comply the individual harmonic distortions attenuations specified by the norm IEC 62040-3 and a resonant designed by the solution of an optimization problem unde linear matrix inequalities - lmi constraints. The external loop is composed of a droop controller that changes the phase of the inner controller reference to control the active power and its amplitude to control the reactive power. The reactive power control is purely proportional, while the active power controller assumes a proportional integral structure. Also a purely proportional adjust of the phase was implemented for the resonant controller. The behavior of the system was verified for two UPS of 3,5kVA starting with a gap of 1,5 degrees between their references and load tests were applied as specified in the norm IEC 62040-3 for a 7kVA load. All results were obtained through a co-simulation with the software Matlab/Simulink and PSIM.