???item.export.label??? ???item.export.type.endnote??? ???item.export.type.bibtex???

Please use this identifier to cite or link to this item: https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/tede/5061
Tipo do documento: Tese
Título: Estratégias de gerenciamento de energia e de proteção para microrredes de missão crítica: um estudo de caso
Título(s) alternativo(s): Power management and protection strategies for mission-critical microgrids: a case study
Autor: CASTELO BRANCO, César Augusto Santana 
Primeiro orientador: RIBEIRO, Luiz Antonio de Souza
Primeiro coorientador: MATOS, José Gomes de
Primeiro membro da banca: RIBEIRO, Luiz Antonio de Souza
Segundo membro da banca: MATOS, José Gomes de
Terceiro membro da banca: ROLIM, Luís Guilherme Barbosa
Quarto membro da banca: OLIVEIRA, Alexandre Cunha
Quinto membro da banca: OLIVEIRA, Denisson Queiroz
Resumo: A pesquisa apresentada neste documento aborda o gerenciamento de energia e a proteção das microrredes de missão crítica (MMCs), com enfoque para o estudo de caso de uma microrrede piloto dessa modalidade implantada recentemente no Centro de Lançamento de Alcântara (CLA). MMCs atendem principalmente aplicações de infraestrutura crítica (IC). Entende-se como IC todo ativo, instalação, rede (física ou virtual) ou sistema considerado imprescindível para um país e sua economia. As MMCs se diferenciam das demais microrredes pelo fato de possuírem como principais demandas a confiabilidade, a resiliência e a segurança energética, comumente exigidas pelas aplicações de IC. Embora existam diversos trabalhos publicados sobre gerenciamento de energia e proteção de microrredes, verifica-se que ainda não há na literatura uma diversidade de soluções voltadas para as MMCs, com foco direcionado para as demandas específicas destas microrredes. A MMC do CLA, denominada de CLA- fotovoltaica, um sistema de armazenamento de energia por baterias (BESS battery energy storage system) e um sistema de geração despachável a diesel. A CLA- possui objetivos operacionais distintos entre si e que estão relacionados aos possíveis cenários previstos para essa microrrede. Durante as campanhas de lançamento de foguetes, a operação desconectada da rede (off-grid) é mandatória e os objetivos principais são a resiliência e a segurança energética, incluindo o gerenciamento de contingências N-1, i.e., perda de um dos recursos de geração ou armazenamento locais. Já durante os períodos em que não está ocorrendo uma campanha de lançamento (operação regular do CLA), a operação deve ser preferencialmente conectada à rede (on-grid) e os principais objetivos são a redução da conta de energia da concessionária local e das emissões de gases poluentes. O black start (i.e., reenergização da microrrede em modo off-grid após a ocorrência de um blackout) está incluído nos cenários previstos para a CLA- representa um desafio prático de complexidade considerável para microrredes em geral. Neste contexto, a pesquisa apresentada neste documento objetiva propor estratégias de atuação do sistema de gerenciamento de energia (EMS energy management system) e também apresentar uma filosofia para a proteção de MMCs. Isto, considerando as especificidades destas microrredes e tomando a CLA- como um exemplo prático de implementação deste EMS e deste esquema de proteção. As principais contribuições pretendidas são a elaboração de uma estratégia de atuação do EMS e o detalhamento de um esquema de proteção para MMCs, considerando diversas possibilidades de cenários em regime permanente e de transições entre modos de operação em regime. Além disso, também é proposta uma metodologia de black start de microrredes com rede elétrica interna em média tensão (MT) e com o objetivo de minimizar os efeitos das correntes de magnetização de transformadores (correntes de inrush) sobre as proteções da microrrede. Esta metodologia de black start e as demais estratégias supracitadas foram elaboradas considerando demandas específicas de MMCs, e também as específicas do estudo de caso considerado da CLA- simulações e de testes de comissionamento em campo da CLA- desempenho da estratégia proposta de atuação de EMS, a qual inclui a metodologia de execução do black start. Os resultados obtidos evidenciam o potencial da estratégia elaborada de contribuir com os objetivos das MMCs, e também no atendimento às demandas específicas do caso prático da CLA-uGrid.
Abstract: The research work presented in this document addresses the energy management and the protection of mission critical microgrids, with focus to a case study of a pilot microgrid of this modality recently implemented at the Alcântara Launch Center. Mission critical microgrids mainly serve critical infrastructure applications. Critical infrastructure is every asset, installation, network (physical or virtual) or system considered essential for a country and its economy. Mission critical microgrids differ themselves from other microgrids due to the fact that their main demands are electrical reliability, resilience and security, commonly required by critical infrastructure applications. Although there are several papers published on energy management and protection of microgrids, it is verified in the specialized literature that there are few solutions dedicated to mission critical microgrids. The Alcântara Launch Center mission critical microgrid, named henceforth CLA- generation source, a battery energy storage system and a dispatchable diesel generation system. CLA- scenarios predicted for this microgrid. During rocket launch campaigns, off-grid operation is mandatory and the main goals are electrical resilience and security, including management of N-1 generation contingencies, i.e., loss of one of the local generation or storage resources. On the other hand, during periods when a launch campaign is not taking place (Alcântara Launch Center regular operation), the on-grid operation mode is preferable and the main objectives are reduction of and minimal polluting gas emissions. Black start (i.e., microgrid restoration in off-grid mode after a blackout) is one of the predicted scenarios for CLA- . Executing this scenario still represents a practical challenge of considerable complexity for microgrids in general. In this context, the research presented in this document aims to propose action strategies for the energy management system (EMS) and also present a philosophy for the protection of mission critical microgrids. This, considering the specificities of these microgrids and taking the CLA- The main intended contributions are the elaboration of an EMS action strategy and the detailing of a protection scheme for mission critical microgrids, considering several possibilities of scenarios in steady state and transitions between modes. In addition, a black start methodology for microgrids with an internal medium voltage power grid is also proposed, with the aim of minimizing the effects of transformer magnetization currents (inrush currents) on microgrid protections. This This black start methodology and the other strategies mentioned above were developed considering specific demands of mission critical microgrids, and also the ones of the CLA- . CLA- imulation results and field commissioning experimental tests were used to evaluate the performance of the proposed EMS action strategy, which includes the black start execution methodology. The obtained results evidence the potential of the proposed strategy in contributing for mission critical microgrids goals, and also and also in meeting the specific demands of the CLA- study.
Palavras-chave: microrredes críticas;
infraestrutura crítica;
resiliência energética;
sistema de gerenciamento de energia;
proteção de microrredes.
mission critical microgrids;
critical infrastructure;
electrical resilience;
energy management system;
microgrids protection.
Área(s) do CNPq: Engenharia Elétrica
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal do Maranhão
Sigla da instituição: UFMA
Departamento: DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DA ELETRICIDADE/CCET
Programa: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE ELETRICIDADE/CCET
Citação: CASTELO BRANCO, César Augusto Santana. Estratégias de gerenciamento de energia e de proteção para microrredes de missão crítica: um estudo de caso. 2023. 181 f. Tese (Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Eletricidade/CCET) - Universidade Federal do Maranhão, São Luís, 2023.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/tede/5061
Data de defesa: 4-Oct-2023
Appears in Collections:TESE DE DOUTORADO - PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE ELETRICIDADE

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
CésarAugustoSantanaCasteloBranco.pdfTese de Doutorado21,65 MBAdobe PDFDownload/Open Preview


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.