Desenvolvimento do conversor CC-CA trifásico de um sistema de advanced load-shift

Abstract

Devido à previsível escassez e às desvantagens inerentes ao uso de combustíveis fósseis na produção de energia elétrica, tem-se vindo a apostar em fontes de energia renovável, nomeadamente a eólica e a solar fotovoltaica. Contudo, estes tipos de fontes apresentam como principais desvantagens a intermitência na produção de energia, bem como a necessidade de um equipamento de interface com a rede elétrica, que tipicamente introduz problemas de qualidade de energia elétrica (QEE). Assim, de forma a possibilitar a integração de fontes de energia renovável na rede elétrica e explorar os incentivos referentes aos períodos de menor procura de energia, surgem novas oportunidades relativamente aos sistemas de armazenamento e gestão de energia, nomeadamente, o conceito de load shifting. Neste sentido, a presente dissertação de mestrado encontra-se inserida no desenvolvimento de um sistema de load-shift com características avançadas. Este dispositivo permite a interface de um sistema de armazenamento de energia com a rede elétrica, simultaneamente com a compensação de problemas de qualidade de energia elétrica relacionados com a corrente, nomeadamente, harmónicos, desequilíbrios e potência reativa. Nesta dissertação é abordado o desenvolvimento do conversor CC-CA trifásico, responsável pela interface com a rede elétrica, absorvendo ou injetando energia elétrica, dependendo do modo de operação do sistema de armazenamento. Além disso, este conversor CC-CA permite a operação como filtro ativo paralelo (FAP) trifásico, sendo esta uma das principais contribuições para a operação do sistema. Ao longo do desenvolvimento desta dissertação, foi possível validar a topologia de conversor CC-CA trifásico com quatro braços a operar em diferentes modos, bem como o seu sistema de controlo. Estes modos envolveram um estudo teórico necessário à execução dos testes de simulação e validação experimental do desempenho do sistema implementado.

Recently, there has been a focus on renewable energy sources, namely wind and solar photovoltaic, due to the predictable scarcity and inherent drawbacks of the use of fossil fuels in the production of electric energy. However, these types of energy sources have their own shortcomings: the intermittence of energy production as well as the need for an electrical network interface device that typically introduces power quality (PQ) problems. Thus, to allow the integration of renewable energy sources in the grid and to explore the incentives for periods of lower energy demand, new opportunities arise regarding energy storage and management systems, namely the load shifting concept. In this context, the present master dissertation is focused on developing a system of load-shift with advanced characteristics. This device allows the interface of a system of energy storage with the electric network, while fixing the electrical power quality problems related to current harmonics, unbalances and reactive power. This investigation discusses the development of three-phase DC-AC converter, which is responsible for interfacing with the grid, absorbing or injecting electrical energy, depending on the mode of operation of the storage system. Additionally, one of the main contributions to the system operation is that the DC-AC converter allows operation as a three-phase shunt active filter (APF). Throughout the development of this dissertation, it was possible to validate the topology of the three-phase DC-AC converter with four legs operating in different modes, as well as its control system. These modes involved a theoretical study, which is necessary to perform the simulation tests and experimental validation of the performance of the implemented system.