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Utilização de baterias de iões de lítio em sistemas de armazenamento de energia

Author(s): Lopes, Flávio Jorge dos Santos

Date: 2016

Persistent ID: http://hdl.handle.net/10400.21/7048

Origin: Repositório Científico do Instituto Politécnico de Lisboa

Subject(s): Sistema de armazenamento de energia; Bateria de iões lítio; Conversor AC/DC e DC/AC; Controlador PI; Modulador PWM; Energy storage system; Lithium ion battery; AC/DC and DC/AC Converter; PI controller; PWM modulator


Description

A presente dissertação de Mestrado tem como objectivo fazer o estudo teórico e a respetiva avaliação por simulação de modelos de baterias para utilização em sistemas de armazenamento de energia não convencionais. Um sistema de armazenamento de energia não convencional utiliza baterias para o armazenamento de energia e um ondulador de tensão trifásico bidirecional em potência, como conversor de regulação do fluxo de energia entre a bateria e a rede elétrica. Este tipo de equipamento permite o socorro a cargas sensíveis, bem como o aperfeiçoamento de parâmetros relativos à qualidade de energia elétrica e o nivelamento de consumos. Numa primeira fase foi feito o estudo teórico dos diferentes tipos de baterias a utilizar no sistema de armazenamento de energia não convencional, de modo a utilizar a bateria que melhor se adequa ao sistema, apresentando vantagens e desvantagens e as diferenças entre os diversos tipos de baterias. Assim sendo, a bateria escolhida a utilizar no sistema foi a bateria de Iões Lítio. De seguida, foi efetuado a modelização do sistema da bateria, devidamente parametrizada, bem como a modelização do conversor estático de potência e do seu método de controlo. Este controlo do conversor é feito através das correntes trifásicas, comparando as mesmas, com as correntes de referência segundo o eixo direto (id) e de quadratura (iq) utilizando a técnica de comando PWM (Pulse Width Modulation). De modo a implementar a simulação numérica do sistema, foram efetuadas as transformações de referenciais das tensões e correntes do lado AC. Desta forma conseguiu-se simular o funcionamento do conversor em cadeia aberta e em cadeia fechada. De forma a poder comparar os dois métodos distintos, foi utilizado um controlador PI (Proporcional-Integral) e um controlador histerético, no que diz respeito ao controlo das correntes do conversor. Esta implementação foi efetuada em Matlab/Simulink. A implementação laboratorial teve como base a utilização de um protótipo experimental, constituído por um módulo trifásico de potência que funciona com tensões nominais da rede, sensores de corrente e tensão e acopladores óticos que disponibilizam os sinais de comando para o conversor. Os resultados obtidos experimentalmente utilizando os dois tipos de controladores validam os modelos teóricos obtidos pelo Matlab/Simulink.

Abstract: This Master's thesis aims to make the theoretical study and the respective evaluation by simulation models batteries for use in unconventional energy storage systems. An unconventional energy storage system uses batteries for energy storage and a two-way three-phase voltage inverter in power as regulating converter of energy flow between the battery and the electrical network. This type of equipment allows the relief to sensitive loads, as well as the improvement of parameters concerning the quality of electricity and leveling consumption. In the first phase it was made the theoretical study on the types of batteries to be used in unconventional energy storage system in order to use the battery that best suit the model, with advantages and disadvantages and the differences between the various types of batteries. Thus, the battery selected for use in the system was Lithium ion battery. Then, the battery system modeling has been carried out appropriately parameterized , as well as modeling of the static power converter and it’s control method. This control is done by the three-phase currents, comparing them with the reference current according to the direct axis (id) and quadrature (Iq) using PWM control technique (Pulse Width Modulation). In order to implement the numerical simulation of the system were made transformations of reference voltage and current of the AC side. In this way it was possible to simulate the operation of converter in open chain and closed chain. In order to compare the two different methods was used a PI controller (Proportional-Integral), and a hysteretic controller, with regard to the control of drive currents. This implementation was done in Matlab/Simulink. The laboratory implementation was based on the use of an experimental prototype, consisting of a three-phase power module that works with the network nominal voltage, current and voltage sensors and optical couplers which provide control signals to the converter. The experimental results using the two types of controllers validate the theoretical models obtained by the Matlab/Simulink.

Dissertação de mestrado para obtenção do grau de mestre em Engenharia Electrotécnica, Ramo Energia

Document Type Master thesis
Language Portuguese
Advisor(s) Gambôa, Paulo José Duarte Landeiro; Chaves, Miguel Cabral Ferreira
Contributor(s) Lopes, Flávio Jorge dos Santos
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