Desenvolvimento de conversores de potência para o sistema de produção de energia de um centro social sustentável isolado

Abstract

A grande necessidade de reduzir as emissões de gases de efeito de estufa para a atmosfera é a razão principal da crescente procura de fontes de produção de energia alternativas como as fontes de energia renovável. Existem também muitas regiões que não estão ligadas a nenhuma rede elétrica por questões geográficas e/ou económicas. Isto faz com que as energias renováveis sejam uma ótima solução para estes locais, normalmente pequenos e isolados. O objetivo desta dissertação é o desenvolvimento de conversores de potência para os sistemas de produção de energia de um centro social sustentável isolado. Mais concretamente, nesta dissertação são abordados os sistemas de produção de energia a partir de fontes renováveis, como fotovoltaica e eólica, e os sistemas de armazenamento de energia elétrica. Por se tratarem de sistemas de produção a partir de fontes de energia renovável, a produção de eletricidade é intermitente, sendo necessário haver um mecanismo de backup de energia. Esse sistema é composto por um gerador a biodiesel que entra em funcionamento sempre que os sistemas de produção e de armazenamento forem insuficientes. Os conversores CC-CC utilizados nos sistemas de produção são do tipo step-up. Aos sistemas de armazenamento de energia (neste caso, baterias de chumbo-ácido) é acoplado um conversor CC-CC do tipo step-up-down bidirecional. Para os sistemas de controlo dos conversores de potência é utilizado o DSC TMS320F28335 da Texas Instruments. No caso dos conversores step-up utilizados nos sistemas de produção de energia é utilizado um controlador Proporcional-Integral (PI) e um algoritmo de Maximum Power Point Tracking (MPPT). No conversor CC-CC bidirecional são utilizados três controladores PIs. Os testes realizados foram para uma potência inferior à simulada, porém foi possível validar o bom funcionamento de cada sistema, do seu conversor de potência e dos seus respetivos sistemas de controlo utilizados.

The main cause for the growing interest in alternative energy production sources such as renewable energy is the necessity to reduce the emissions of greenhouse gases to the atmosphere. There are regions that are not connected to an electric grid due to some geographic and/or economic issues. This makes renewable energies the perfect solution for these regions that are, in most cases, small and islanded. The purpose of this Master Dissertation is the development of power converters for the energy production systems of a sustainable islanded social centre. More specifically, in this dissertation are addressed the energy production systems from renewable energy sources as photovoltaic and wind power systems and the energy storage systems. Since these energy renewable systems produce intermittent electric energy, an energy backup mechanism is needed. That mechanism is composed of a biodiesel generator that starts operating every time the energy production systems or the energy storage system are not enough to feed the micro-grid. The DC-DC boost power converters are used in the energy production systems and a bidirectional step-up-down power converter is linked to the energy storage systems (in this case, to the lead acid batteries). In order to control the power converters the DSC TMS320F28335 from Texas Instruments is used. For each step-up power converter employed in the energy production systems is used a Proportional-Integral (PI) controller and a Maximum Power Point Tracking algorithm. In the bidirectional power converter are employed three PI controllers. The practical tests were performed at a lower power rating when compared with the simulations, however it was possible to validate the correct operation of each system, as well as each power converter and its respective control system.