Análise e projeto de reguladores de tensão em UPSS considerando requisitos de paralelismo

Abstract

Este trabalho tem como objetivo a análise e o projeto de controladores baseados no princípio do modelo interno para a regulação da tensão de saída em fontes ininterruptas de energia (Uninterruptible Power Supplies - UPSs) visando a sua operação em para lelo. No paralelismo sem comunicação, controladores droop atuam de forma descentra lizada, regulando as potências entregues pela UPS a partir do ajuste da amplitude e da fase da referência do seu respectivo laço de regulação de tensão. Assumindo controlado res múltiplos-ressonantes na regulação de tensão, é conduzida uma análise da impedância de saída destes equipamentos mostrando o impacto dos fatores de amortecimento dos modos ressonantes na estabilidade e desempenho do sistema em malha fechada com o controle droop. A análise é reconduzida considerando controladores repetitivos na malha de regulação de tensão, estudando o impacto do filtro do elemento de atraso na estabili dade do sistema. Na segunda etapa deste trabalho, são projetados controladores de tensão múltiplos-ressonantes e repetitivos descentralizados através de métodos de controle ro busto considerando explicitamente a interconexão de n UPSs. O cálculo dos ganhos se dá pela solução de um problema de otimização convexa com restrições na forma de desi gualdades matriciais lineares (Linear Matrix Inequalities - LMIs), sendo incorporada uma condição para a minimização do valor RMS da corrente circulante entre os equipamentos. São apresentados resultados de simulação e experimentais com duas UPSs de 3,5 kVA de parâmetros diferentes a fim de validar a metodologia proposta.

The main objective of this work is the analysis and design of controllers based on the internal model principle for the output-voltage regulation in uninterruptible power sup plies (UPSs), aiming at parallel operation. In parallelism without communication, droop controllers act decentralized, regulating the active and reactive powers of each UPS by adjusting the amplitude and phase of the reference voltage in their voltage regulation loop. Assuming multiple-resonant controllers in the voltage regulation loop, the out put impedance of these devices is analyzed, showing the impact of the damping factors of the resonant modes on the stability and performance of the closed-loop system with droop control. The same analysis is performed for the repetitive controllers in the voltage regulation loop, studying the impact of the filter cut-off frequency on the system stabil ity. In the second part of this work, decentralized multiple-resonant and repetitive voltage controllers are designed using robust control methods, explicitly considering the intercon nection of n UPSs in the model. The controller gains are calculated by solving a convex optimization problem with linear matrix inequalities (LMIs) constraints, incorporating a condition for minimizing the RMS value of the current flowing between the devices. Sim ulation and experimental results with two 3.5 kVA UPSs of different parameters illustrate the proposed design method.