Este artigo apresenta a construção de um modelo de simulação no Simulink para uma microrrede de corrente contínua (CC) que integra geração fotovoltaica, eólica e armazenamento híbrido. O sistema é projetado para manter a tensão do barramento CC estabilizada em 380 V, mesmo com variações na potência das fontes distribuídas. A seguir, detalhamos cada subsistema e suas estratégias de controle.

Subsistema Fotovoltaico com Boost e MPPT por Perturbação e Observação

O arranjo fotovoltaico utiliza um conversor Boost para elevar a tensão e conectar-se ao barramento CC. O controle de máxima transferência de potência (MPPT) é implementado pelo método de perturbação e observação (P&O), que ajusta o ciclo de trabalho do conversor para rastrear o ponto de máxima potência.

No Simulink, o covnersor Boost é montado com componentes de chaveamento (IGBT ou MOSFET) e elementos passivos (indutor e capacitor). O algoritmo P&O é implementado com blocos lógicos e amostragem de tensão e corrente. Um exemplo conceitual do algoritmo (não o código do Simulink) é:

% Parâmetros iniciais
P_ant = 0;
passo = 0.01;
D = 0.5; % ciclo de trabalho inicial
while true
    D_novo = D + passo;
    % Função hipotética para calcular potência
    P_novo = calcular_potencia_pv(D_novo);
    if P_novo > P_ant
        D = D_novo;
        P_ant = P_novo;
    else
        passo = -passo;
        D = D + passo;
    end
end

No modelo, o ciclo de trabalho é ajustado continuamente até que a potência do painel atinja o máximo local.

Subsistema Eólico com Gerador Síncrono de Ímãs Permanentes e Retificador PWM

O sistema eólico emprega um gerador síncrono de ímãs permanentes (PMSG) conectado ao barramento por meio de um retificador trifásico controlado por modulação por largura de pulso (PWM). A estratégia de MPPT baseia-se na relação ótima entre velocidade da ponta da pá e velocidade do vento (tip-speed ratio). O controle do conversor utiliza a técnica de eixo d nulo para simplificar o modelo e melhorar o fator de potência.

Para o MPPT, calcula-se a velocidade angular ótima do rotor conforme abaixo:

rho = 1.225; % densidade do ar
Raio = 20;   % raio das pás
Cp_max = 0.48; % coeficiente de potência máximo
lambda_otimo = 8; % tip-speed ratio ótimo
vento = 10;      % velocidade do vento (m/s)
omega_otimo = lambda_otimo * vento / Raio;

Este valor serve como referência para o controle de velocidade do gerador. No controle por eixo d nulo, as correntes transformadas para o referencial síncrono são reguladas de modo que a componente de eixo direto seja zero, reduzindo perdas e simplificando a sintonia dos controladores PI.

Unidade de Armazenamento com Controle Duplo Loop

A unidade de armazenamento é composta por baterias (podendo incluir supercapacitores em configuração híbrida) conectadas ao baramento por meio de um conversor CC-CC bidirecional (Buck-Boost). O controle adota uma arquitetura de dois loops: um loop externo regula a tensão do barramento e gera a referência de corrente; um loop interno ajusta a corrente do conversor.

O diagrama conceitual do controle é representado por:

% Controle externo de tensão
Kp_v = 0.5;
Ki_v = 0.1;
V_ref = 380; % tensão de referência
V_barramento = 350; % tensão medida
erro_v = V_ref - V_barramento;
I_ref = Kp_v * erro_v + Ki_v * cumsum(erro_v);
% Controle interno de corrente
Kp_i = 0.2;
Ki_i = 0.05;
I_barramento = 10; % corrente medida
erro_i = I_ref - I_barramento;
D = Kp_i * erro_i + Ki_i * cumsum(erro_i);

No Simulink, este esquema é implementado com blocos PI e ganhos, ajustando o ciclo de trabalho do conversor para carregar ou descarregar a bateria conforme a necessidade de equilíbrio de potência.

Carga e Estabilidade do Barramento CC

Uma carga CC simples é conectada diretamente ao barramento. A estabilidade da tensão em 380 V é mantida pela atuação coordenada dos três subsistemas: o rastreamento MPPT solar e eólico maximiza a geração, enquanto o armazenamento absorve ou fornece potência para compensar flutuações. Durante a simulação, podem-se variar condições como irradiância solar, velocidade do vento e carga para verificar a resposta transitória e a regulação da tensão.

O modelo Simulink completo integra blocos de potência (conversores, geradores, painéis) e blocos de controle (MPPT, loops PI, transformações de coordenadas). A sintonia adequada dos parâmetros e a escolha correta dos componentes garantem que o sistema opere dentro das especificações, servindo como base para estudos de escalabilidade e otimização em projetos reais de microrredes.