Desenvolvimento e implementação de arquitetura modular de nanorrede monofásica com gerenciamento da qualidade de energia: modelagem e simulação de estratégias de controle reconfiguráveis de RED e UPQC
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Data
2025-09-08
Autores
Oliveira, Fernando Marcos de
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Resumo
Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema de gerenciamento e controle de uma nanorrede monofásica com capacidade de operar como um condicionador de qualidade de energia (UPQC), voltado ao atendimento de cargas de baixa potência. A proposta integra geração fotovoltaica, armazenamento em baterias e funcionalidades de filtragem ativa por meio de um microinversor de dois estágios, conectado à rede de distribuição. A topologia proposta permite o controle da injeção de potência ativa, o gerenciamento dos estados de carga e descarga dos armazenadores, bem como a mitigação de distúrbios na qualidade de energia, como harmônicos e potência reativa. A modelagem do sistema foi realizada em ambiente MATLAB/Simulink, considerando diferentes modos de operação (MOPs) com ou sem conexão à rede, incluindo a possibilidade de operação ilhada. Os resultados numéricos evidenciam o bom desempenho da solução proposta, validando sua aplicação em ambientes residenciais ou comerciais com demandas de potência reduzida. Ademais, o modelo desenvolvido está disponibilizado publicamente no IEEE Dataport, promovendo a ciência aberta e a reprodutibilidade acadêmica.
Resumen
Este trabajo presenta el desarrollo de un sistema de gestión y control de una nanorred monofásica con capacidad para operar como un acondicionador de calidad de energía (UPQC), orientado al suministro de cargas de baja potencia. La propuesta integra generación fotovoltaica, almacenamiento en baterías y funcionalidades de filtrado activo mediante un microinversor de dos etapas conectado a la red de distribución. La topología propuesta permite el control de la inyección de potencia activa, la gestión de los estados de carga y descarga de los dispositivos de almacenamiento, así como la mitigación de perturbaciones en la calidad de la energía, como los armónicos y la potencia reactiva. El sistema fue modelado en MATLAB/Simulink bajo diferentes modos de operación (MOP), incluyendo la posibilidad de operación en isla. Los resultados numéricos confirman el buen rendimiento de la solución propuesta, validando su aplicación en entornos residenciales o comerciales con demandas de baja potencia. Además, el modelo desarrollado estuvo a disposición pública a través de IEEE Dataport, fomentando la ciencia abierta y la reproducibilidad en la investigación.
Abstract
This work presents the development of a management and control system for a single-phase nanogrid capable of operating as a Unified Power Quality Conditioner (UPQC), aimed at supplying low-power loads. The proposed system integrates photovoltaic generation, battery energy storage, and active filtering functionalities through a two-stage microinverter connected to the distribution grid. The proposed topology enables active power injection control, battery charge/discharge management, and power quality disturbance mitigation, such as harmonic suppression and reactive power compensation. The system was modeled in MATLAB/Simulink under different operation modes (MOPs), including grid-connected and islanded modes. Numerical results confirm the effectiveness of the proposed solution, validating its application in residential or commercial environments with low power demands. Furthermore, the developed model was made publicly available through IEEE Dataport, fostering open science and research reproducibility.
Descrição
Tese apresentada ao Programa de Pós-Graduação Interdisciplinar em Energia e Sustentabilidade da Universidade Federal da Integração Latino-Americana, como requisito parcial à obtenção do título de Doutor em Energia e Sustentabilidade.
Palavras-chave
nanorredes, qualidade de energia, tecnologias, sistemas