Implementação de controle de corrente para o sincronismo de inversor com a rede elétrica com análise de robustez com inspiração de simulação Monte Carlo utilizando a plataforma Typhoon HIL

Abstract

Este trabalho tem como objetivo projetar, implementar e avaliar o sistema de controle de corrente do lado inversor de um conversor back-to-back conectado à rede elétrica de linha fraca, com ênfase na análise de sua robustez operacional. A metodologia adotada abrange o dimensionamento de um filtro LCL, a sintonia de um algoritmo de sincronismo SRF-PLL e a implementação de duas estratégias distintas de controle de corrente no referencial síncrono dq: um controlador Proporcional-Integral (PI) clássico e um Regulador Quadrático Linear (LQR). A validação do sistema foi realizada por meio de simulações na plataforma Typhoon HIL (em modo Virtual HIL), em que aplicou-se uma varredura paramétrica inspirada no método de Monte Carlo para submeter o controle a múltiplos cenários de variação de tensão, frequência, impedância de linha e demanda de carga. Os resultados obtidos demonstram que ambas as estratégias são eficazes no gerenciamento do fluxo de potência bidirecional em condições nominais. Adicionalmente, o estudo evidenciou que o controlador PI apresentou um desempenho global superior frente a incertezas paramétricas, ocasionadas de forma sucessiva.

This work aims to design, implement, and evaluate the inverter-side current control system of a back-to-back converter connected to a weak electrical grid, with emphasis on assessing its operational robustness. The adopted methodology includes the design of an LCL filter, the tuning of a synchronous reference frame phase-locked loop (SRF-PLL) algorithm, and the implementation of two distinct current control strategies in the synchronous dq reference frame: a classical Proportional-Integral (PI) controller and a Linear Quadratic Regulator (LQR). The system was validated through simulations on the Typhoon HIL platform in Virtual HIL mode, where a parametric sweep inspired by the Monte Carlo method was applied to subject the control system to multiple scenarios of voltage, frequency, line impedance, and load demand variations. The results show that both strategies are effective in managing bidirectional power flow under nominal conditions. Additionally, the study revealed that the PI controller exhibited superior overall performance under parametric uncertainties arising successively.