Desenvolvimento dos conversores de potência para criação de uma microrrede trifásica baseada em energias renováveis

Abstract

Nos últimos anos tem-se verificado um crescimento no incentivo de promoção de energias renováveis para autoconsumo. O futuro passa pela produção de energia renovável em que os consumidores de energia passam a ter capacidade para produzir, consumir, armazenar, partilhar e até mesmo vender energia elétrica. Neste sentido é pretendido a promoção da produção descentralizada de energia baseando-se nas fontes renováveis com o intuito de melhorar a coesão social e territorial através da independência energética, alocação de recursos e criação de empregos em regiões menos desenvolvidas do país. Como tal, com o objetivo de acelerar o processo da transição na produção descentralizada de energia, principalmente em zonas remotas, baseada em energia renovável é proposto no presente documento o Desenvolvimento de uma Microrrede Trifásica Baseada em energia Renovável. Nesta dissertação é apresentado um estudo bibliográfico sobre microrredes, painéis solares fotovoltaicos, baterias, conversores de potência e teorias de controlo. É descrito o desenvolvimento dos conversores CC-CC para interface dos painéis solares fotovoltaicos e das baterias com o barramento CC do sistema. No controlo dos conversores CC-CC é implementado um algoritmo MPPT para extrair a potência máxima dos painéis fotovoltaicos e um algoritmo para o controlo de corrente para os diferentes modos de operação da bateria. É também descrito o desenvolvimento do conversor CC-CA (inversor) trifásico que tem como finalidade produzir três tensões sinusoidais para as cargas da microrrede. Para alcançar os objetivos foi necessário um estudo do funcionamento dos conversores de potência e dos algoritmos de controlo. As topologias de conversores e os algoritmos de controlo foram previamente validados recorrendo a simulações computacionais. Procedeu-se depois ao desenvolvimento de um protótipo laboratorial com vista à validação experimental do sistema.

In recent years there has been a growth in the incentive to promote renewable energy for self-consumption and beyond. The future lies in the generation of renewable energy in which energy consumers can produce, consume, store, share, and even sell electricity. In this sense, it is intended to promote decentralized energy production based on renewable sources to improve social and territorial cohesion through energy independence, resource allocation, and job creation in less developed regions of the country. As such, to accelerate the transition process in decentralized energy production, mainly in remote areas, the development of a three-phase microgrid based on renewable energy is proposed in this Master dissertation. This document presents a bibliographic study on microgrids, photovoltaic solar panels, batteries, power converters, and control theories. The development of the CC-CC converters for the interface of photovoltaic solar panels and batteries with the system DC-bus is described. In the control of the CC-CC converters, an MPPT algorithm is implemented to extract the maximum power from the photovoltaic panels and an algorithm for the current control for the battery different operation modes. The development of the three-phase DC-AC converter (inverter) is also described, which has the purpose of producing three sinusoidal voltages for the microgrid loads. In order to achieve the purpose of the objectives, it was necessary to study the operation of power converters and control algorithms. The converter topologies and control algorithms were previously validated using computer simulations. Then, a prototype was developed for the experimental validation of the system.