SIMULADOR EM TEMPO REAL DE SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA UTILIZANDO ANÁLISE NODAL MODIFICADA EM PLATAFORMA FPGA

Matheus Sotero da Silva Ribeiro; Felipe Novaes Francis Dicler; Luiz Felipe Corrêa de Sá Santos Ribeiro; Maurício Aredes

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Trabalho

Título do Trabalho

SIMULADOR EM TEMPO REAL DE SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA UTILIZANDO ANÁLISE NODAL MODIFICADA EM PLATAFORMA FPGA

Autores

Matheus Sotero da Silva Ribeiro
Felipe Novaes Francis Dicler
Luiz Felipe Corrêa de Sá Santos Ribeiro
Maurício Aredes

Modalidade

Resumo apresentação oral padrão

Área temática

Centro de Tecnologia (CT)/Engenharia Elétrica

Data de Publicação

22/03/2021

País da Publicação

Brasil

Idioma da Publicação

Português

Página do Trabalho

https://www.even3.com.br/anais/jgmictac/317146-simulador-em-tempo-real-de-sistemas-eletricos-de-potencia-utilizando-analise-nodal-modificada-em-plataforma-fpga

ISBN

978-65-5941-128-3

Palavras-Chave

simulação em tempo real, circuitos elétricos, método numérico

Resumo

A simulação em tempo real de um circuito consiste na utilização de métodos e modelos matemáticos para que suas saídas estejam sincronizadas com o tempo físico. Isto implica que o tempo computacional de execução seja menor ou igual ao passo de integração utilizado na resolução das equações diferenciais que descrevem o circuito. Com isto pode-se fazer com que um sistema de controle atue junto ao simulador como se estivesse atuando com o sistema físico real, o que permite conhecer o comportamento do primeiro, simulando apenas o ambiente em que ele será empregado. Esta configuração é conhecida como "Hardware-in-the-Loop". Esse esquema de simulação é utilizado para validação de controladores e sistemas de proteção antes de efetivamente entrarem em campo, numa etapa intermediária entre um sistema completamente simulado (etapa menos realista) e o comissionamento dos equipamentos em campo (etapa mais realista). As aplicações da simulação em tempo real são diversas e de ampla utilidade para diferentes campos da engenharia, como a indústria aeroespacial, automotiva e de sistemas de potência. No entanto, alguns problemas em aberto associados a esse tipo de simulação encontram-se em fase de pesquisa. Um destes é o fato de que a simulação de sistemas chaveados em alta frequência na área de eletrônica de potência exige do simulador em tempo real um passo de integração muito reduzido (eventualmente na faixa de nanosegundos), o que motiva o desenvolvimento deste trabalho. O presente projeto consiste na criação de um simulador em tempo real a ser implementado em uma plataforma Field-Programmable Gate Array (FPGA) – arranjo de portas lógicas programáveis que é altamente paralelizável e que permite que os cálculos sejam realizados de forma rápida – para a solução de circuitos lineares baseados em sua netlist – descrição tabular da topologia do circuito – através do método da Análise Nodal Modificada. Esse método, fundamentado nas leis de Kirchhoff, permite que, por meio de uma multiplicação matriz vetor sejam encontrados os valores de tensão e corrente em função das entradas do circuito. O desenvolvimento deste simulador é realizado utilizando o software Vivado High-Level Synthesis (Vivado HLS), que permite a implementação de uma arquitetura para FPGA's através de programas escritos nas linguagens C e C++. Este software gera como saída uma arquitetura em VHSIC Hardware Description Language (VHDL) equivalente aos programas em C ou C++ originais que pode ser sintetizada e implementada na FPGA. A implementação em tempo real é realizada utilizando uma plataforma composta de uma FPGA associada a uma placa Digital-to-Analog Converter (DAC), que exportará os sinais de interesse para algum sistema de controle em malha fechada. Para fins de validação da arquitetura, será simulado um conversor CC-CC do tipo "boost" em que um controlador irá coordenar o chaveamento de uma chave IGBT. Os resultados da simulação serão comparados a alternativas comerciais.

Título do Evento: XLII Jornada Giulio Massarani de Iniciação Científica, Tecnológica, Artística e Cultural (JICTAC 2020 - Edição Especial) - Evento UFRJ
Título dos Anais do Evento: Anais da Jornada Giulio Massarani de Iniciação Científica, Tecnológica, Artística e Cultural
Nome da Editora: Even3
Meio de Divulgação: Meio Digital

Como citar

RIBEIRO, Matheus Sotero da Silva et al.. SIMULADOR EM TEMPO REAL DE SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA UTILIZANDO ANÁLISE NODAL MODIFICADA EM PLATAFORMA FPGA.. In: Anais da Jornada Giulio Massarani de Iniciação Científica, Tecnológica, Artística e Cultural. Anais...Rio de Janeiro(RJ) UFRJ, 2021. Disponível em: https//www.even3.com.br/anais/jgmictac/317146-SIMULADOR-EM-TEMPO-REAL-DE-SISTEMAS-ELETRICOS-DE-POTENCIA-UTILIZANDO-ANALISE-NODAL-MODIFICADA-EM-PLATAFORMA-FPGA. Acesso em: 27/06/2025