Desenvolvimento de um conversor triple active bridge para interface com fontes de energias renováveis

Abstract

Hoje em dia, há um aumento exponencial na substituição de combustíveis fósseis por energias renováveis, sendo que são feitos inúmeros investimentos na melhoria e avanço tecnológico deste ramo. Nas cidades desenvolvidas, é possível verificar a presença de fontes renováveis em grande abundância, que acabam por fazer parte dos novos edifícios, casas e outros tipos de estruturas. Em particular, a energia elétrica proveniente dos painéis solares fotovoltaicos é das mais incluídas nas aglomerações urbanas. Como tal, é importante conseguir o melhor aproveitamento e gestão da energia proveniente desta fonte. Para conseguir o melhor aproveitamento de energias tem que haver uma gestão eficiente. Assim sendo, durante os períodos de menor consumo, pode ser efetuado o armazenamento de energia proveniente dos painéis solares em sistemas de armazenamento. Quando é requerido um maior consumo de energia elétrica, pode ser utilizada a energia armazenada nas baterias diretamente pela habitação. Neste contexto, esta dissertação aborda o desenvolvimento de um conversor Corrente Contínua (CC) -CC Triple Active Bridge (TAB) com interface com fontes de energias renováveis que se destina à inserção na produção de energia renovável para autoconsumo. São abordadas algumas topologias possíveis para a implementação do conversor e a sua aplicação em diferentes contextos. Após uma análise detalhada do problema e dos conceitos relevantes para a sua implementação, é realizado um estudo recorrendo à ferramenta de simulação Power Simulation (PSIM), onde são validados alguns dos algoritmos relevantes para a implementação, como o Maximum Power Point Tracker (MPPT), a técnica phase-shift e o Proporcional Integral (PI). Como também é feita a validação das indutâncias associadas ao transformador e o algoritmo de Phase Locked Loop (PLL) que permite sincronização com a rede elétrica. Posteriormente, são descritos detalhadamente os processos de implementação de hardware, das ferramentas utilizadas, como, por exemplo, o Altium Printed Circuit Board (PCB) Designer para realizar as placas de circuito impresso e o Code Composer Studio para programar a Digital Signal Controller (DSC) TMS320F28379D. Por fim, são apresentados alguns resultados obtidos durante os testes ao protótipo.

Nowadays, as never before, there is an exponential increase in fossil fuel substitution by renewable energies sources. Numerous investments are made in technological improvement and advancement of this branch. In recent years, many companies based on renewable energy have been created. In developed cities it is possible to verify the presence of renewable sources in great abundance, become part of new buildings, houses and other types of constructed structures. In particular, the energy from photovoltaic solar panels is one of the most included in urban agglomerations. It is important to get the best extraction and management of electrical energy from this source. To achieve the best energy use, there must be involved an intelligent management. During periods of low energy consumption, the energy from solar panels can be stored in a storage system. However, when higher electrical energy consumption is required, it will be used the energy stored in the batteries directly in the house. With this in mind, this document covers the development of a converter TAB with interface with re newable energy sources intended for self-consumption. In which are mentioned some possible topologies for the converter implementation and possible ap plication of TAB converter. After the detailed analyses of the problem and relevant concepts for the implementation, some algo rithms are studied like the MPPT algorithm, the phase-shift algorithm and the PI control with the use of PSIM software. Also, the inductances associated to the transformer are validated for the prototype. And the PLL algorithm is studied for the synchronization with the grid. Afterward, is described in detail the process of the hardware implementation, the tools that are used like Altium PCB Designer and Code Composer Studio for DSC TMS320F28379D programming. Lastly, some results are discussed.