Synchronverters ou geradores síncronos virtuais são inversores que imitam geradores síncronos para fornecer “inércia sintética” para serviços auxiliares em sistemas de energia elétrica.
Figura 1. Um Diagrama Simples do Ambiente de Operação do Synchronverter
fundo
Os inversores padrão são elementos de inércia muito baixos. Durante períodos transitórios, que são principalmente por causa de falhas ou mudanças repentinas na carga, eles seguem mudanças rapidamente e podem causar uma condição pior, mas geradores síncronos têm uma inércia notável que pode manter sua estabilidade.
Recentemente, usando cada vez mais energias renováveis, especialmente células solares, mais inversores têm sido usados em redes e, por causa do motivo mencionado, isso pode colocar em risco a confiabilidade do sistema de energia.
História
A Hydro-Québec começou a exigir a inércia sintética em 2005 como o primeiro operador da rede.Para combater a queda de frequência, o operador da rede exige um aumento de potência temporário de 6% combinando a eletrônica de potência com a inércia rotacional de um rotor de turbina eólica. Requisitos semelhantes entraram em vigor na Europa em 2016.
Modelo Synchronverter
A estrutura do Synchronverter pode ser dividida em duas partes: parte de potência (consulte a figura 2) e parte eletrônica. A parte de energia é transformada de energia e caminho de transferência, incluindo a ponte, circuito de filtro, linha de energia, etc. A parte eletrônica refere-se a unidades de medição e controle, incluindo sensores e DSP.
Figura 2. Parte de energia de um sincronizador
O ponto importante na modelagem do Synververter é ter certeza de que ele possui um comportamento dinâmico similar ao Synchronous Generator (veja a figura 3). Este modelo é classificado em modelo de 2 ordens até 7 ordens, devido à sua complexidade. No entanto, o modelo de 3 ordens é amplamente utilizado devido ao compromisso adequado entre precisão e complexidade.
Onde e são componentes dq-eixos da tensão do terminal.
Figura 3. O modelo por fase de um SG conectado a um barramento infinito
Estratégia de controle
Como mostrado na figura 3, quando o inversor é controlado como uma fonte de tensão, ele consiste em uma unidade de sincronização para sincronizar com a rede e um loop de energia para regular a potência real e a potência reativa trocada com a rede. A unidade de sincronização geralmente precisa fornecer frequência e amplitude. Mas quando o inversor é controlado como uma fonte de corrente, a unidade de sincronização é muitas vezes necessária para fornecer a fase da rede apenas, por isso é muito mais fácil controlá-la como fonte atual.
Como um síncrono é inerentemente capaz de sincronizar com a grade, é possível integrar a função de sincronização no controlador de energia sem unidade de sincronização. Isso resulta em uma unidade de controle compacta, conforme mostrado na figura 4.
Figura 4. Estruturas de controle típicas para um inversor de energia conectado à rede (a) Quando controlado como uma fonte de tensão (b) Quando controlado como uma fonte de corrente.
Figura 5. Estrutura de controle compacta para um inversor conectado à rede.
Aplicações
PV
Como mencionado anteriormente, os sincronizadores podem ser tratados como um gerador síncrono, o que facilita o controle da fonte, por isso deve ser amplamente utilizado em fontes de energia primárias (PES) fotovoltaicas.
HVDC
Turbina de vento
Microrrede DC
O Synchronverter também é sugerido para ser usado em microrredes porque as fontes CC podem ser coordenadas juntamente com a frequência da tensão CA, sem qualquer rede de comunicação.
Figura 6. Parte de energia do sincronizador trifásico.