Aplicações

Uma micro-rede é um grupo descentralizado de fontes de eletricidade e cargas que normalmente opera conectado e sincronizado com a grade tradicional de grande área, mas também pode se desconectar para o modo "ilha" — e funcionar de forma autônoma conforme as condições físicas ou econômicas determinarem. Dessa maneira, uma micro-rede pode integrar eficazmente várias fontes de geração distribuída (GD), especialmente Fontes de Energia Renovável (FER) - eletricidade renovável, e pode fornecer energia de emergência, alternando entre os modos de ilha e conectado.

Existem muitos tipos de micro-redes. Com base em aplicações e tamanhos, elas podem ser classificadas como Micro-redes de Campus/Institucionais, Micro-redes Comunitárias, Micro-redes Remotas Fora da Rede, Micro-redes de Bases Militares e Micro-redes Comerciais e Industriais (C&I). Em termos de estruturas elétricas, incluem micro-redes AC, micro-redes DC e micro-redes híbridas AC/DC.

Uma micro-rede é capaz de operar em modos conectados à rede e isolados, além de gerenciar a transição entre os dois. As micro-redes oferecem uma opção para equilibrar a necessidade de reduzir as emissões de carbono enquanto continuam fornecendo energia elétrica confiável em períodos em que fontes renováveis de energia não estão disponíveis. As micro-redes também proporcionam segurança energética e reduzem o tempo de falta de energia em casos de tempo severo e desastres naturais.

As microredes e a integração de unidades de recursos de energia distribuída (DER) em geral introduzem um número de desafios operacionais que precisam ser resolvidos. Fluxos de potência bidirecionais e problemas de estabilidade são os dois principais. Interações entre unidades geradoras de energia distribuída podem criar oscilações locais, exigindo uma análise detalhada de estabilidade por pequenas perturbações. Além disso, atividades de transição entre os modos de operação conectado à rede e ilhado (autônomo) em uma microrede podem criar instabilidade transitória. Estudos recentes mostraram que a interface de microredes em corrente contínua (CC) pode resultar em uma estrutura de controle significativamente mais simples, distribuição mais eficiente de energia e maior capacidade de corrente para as mesmas classificações de linha.

Uma estrutura típica de microgrid híbrida[1]

Um microgrid híbrido típico tem a estrutura mostrada acima. Os componentes principais do microgrid são conversores bidirecionais AC/DC e DC/DC. Por razões de segurança e confiabilidade, os conversores precisam ser isolados, para que qualquer falha em uma carga ou fonte de energia não propague o problema para o barramento de energia/rede.

Conversor Dual Ativo Bidirecional de Ponte Completa

Conversor de PV para Rede DC

Conversor AC/DC Bidirecional de 2 Níveis

A maioria dos conversores AC/DC e DC/DC conectados à rede precisa operar com fluxo de energia bidirecional, o que requer um dispositivo de comutação para atuar como um switch ativo em uma direção de fluxo de energia, mas funcionar como um diodo ou MOSFET síncrono na outra direção de fluxo de energia. Os MOSFETs de SiC, com diodo interno de recuperação reversa quase zero, são uma opção ideal nessas aplicações, especialmente para topologias de comutação forçada. Para os conversores AC/DC trifásicos bidirecionais de 2 níveis, a topologia Vienna não é mais válida. A topologia AC/DC trifásica de 2 níveis torna-se uma escolha preferida devido à sua simplicidade. Os MOSFETs de SiC não apenas possibilitam várias topologias bidirecionais nesta área de aplicação; suas características superiores de comutação tornam as soluções mais eficientes, compactas e até mesmo menos caras com a redução contínua do preço do SiC.

[1] Chendan Li, Sanjay Kumar Chaudhary, Josep M. Guerrero "Análise de fluxo de potência para redes microgrades híbridas AC-DC de baixa tensão controladas por droop com impedância virtual," 2014 IEEE PES General Meeting | Conference & Exposition