Publicação
Solid-state transformer: uma (r)evolução tecnológica para um novo paradigma de redes elétricas híbridas, flexíveis e sustentáveis
| Resumo: | A crescente integração de tecnologias emergentes no sistema elétrico tem exposto as limitações da sua estrutura e organização. Entre os desafios, sobressaem a manutenção da estabilidade e da qualidade de energia elétrica (QEE), bem como a mitigação de possíveis sobrecargas e desequilíbrios. Acresce ainda o encurtamento do tempo de vida útil dos transformadores, que acentua a necessidade de soluções de conversão mais avançadas. Aqui, a eletrónica de potência, integrada em novas abordagens à distribuição de energia elétrica, assume um papel central, promovendo a descentralização nas smart grids. Neste enquadramento, este documento propõe o desenvolvimento de um solid-state transformer (SST) capaz de realizar a interface entre uma microrrede híbrida CA/CC, composta por terminais de baixa tensão em corrente alternada (BTCA) e contínua (BTCC), e um sistema de distribuição de energia elétrica com estrutura semelhante, incluindo ramais de média tensão em corrente alternada (MTCA) e contínua (MTCC). A arquitetura segue a abordagem clássica de três estágios, mas distingue-se pela inovação introduzida no estágio intermédio, onde é incorporado um conversor CC/CC isolado multiporto, que agrega, de forma unificada, as quatro interfaces de distinta natureza elétrica. O trabalho desenvolvido procura alcançar uma solução de conversão eficiente, robusta e inovadora, adaptável às exigências dos sistemas elétricos modernos. Para tal, é apresentado inicialmente um enquadramento teórico abrangente, seguido de uma análise comparativa dos principais conversores, técnicas de modulação e algoritmos de controlo. Com base neste estudo, definiu-se a topologia global do SST e procedeu-se ao seu dimensionamento, orientado para operação até 2500 W e com uma frequência de comutação (fsw) de 50 kHz, visando a modularidade e o aumento da densidade de potência. A metodologia adotada contempla três etapas: (i) Simulações computacionais; (ii) Desenvolvimento do protótipo; e (iii) Ensaios experimentais. As simulações validaram o comportamento elétrico, os algoritmos de controlo e as estratégias de modulação. O protótipo foi concebido com foco em hardware modular e reconfigurável, aproximando-se de um cenário prático. Experimentalmente, apresentam-se resultados da validação individual de cada conversor, mas também da operação global do SST, em dois modos de funcionamento selecionados pela pertinência tecnológica. Os resultados confirmam a viabilidade da solução proposta, evidenciando o contributo do SST como elemento-chave das futuras smart grids. |
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| Autores principais: | Coelho, Sérgio |
| Assunto: | Descentralização Energética Microrrede Híbrida CA/CC SmartGrids Solid-StateTransformer Transferência Bidirecional de Energia Bidirectional Power Flow Energy Decentralization Hybrid AC/DC Microgrid Smart Grids Solid-State Transformer Engenharia e Tecnologia::Engenharia Eletrotécnica, Eletrónica e Informática |
| Ano: | 2026 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | tese de doutoramento |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | português |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | A crescente integração de tecnologias emergentes no sistema elétrico tem exposto as limitações da sua estrutura e organização. Entre os desafios, sobressaem a manutenção da estabilidade e da qualidade de energia elétrica (QEE), bem como a mitigação de possíveis sobrecargas e desequilíbrios. Acresce ainda o encurtamento do tempo de vida útil dos transformadores, que acentua a necessidade de soluções de conversão mais avançadas. Aqui, a eletrónica de potência, integrada em novas abordagens à distribuição de energia elétrica, assume um papel central, promovendo a descentralização nas smart grids. Neste enquadramento, este documento propõe o desenvolvimento de um solid-state transformer (SST) capaz de realizar a interface entre uma microrrede híbrida CA/CC, composta por terminais de baixa tensão em corrente alternada (BTCA) e contínua (BTCC), e um sistema de distribuição de energia elétrica com estrutura semelhante, incluindo ramais de média tensão em corrente alternada (MTCA) e contínua (MTCC). A arquitetura segue a abordagem clássica de três estágios, mas distingue-se pela inovação introduzida no estágio intermédio, onde é incorporado um conversor CC/CC isolado multiporto, que agrega, de forma unificada, as quatro interfaces de distinta natureza elétrica. O trabalho desenvolvido procura alcançar uma solução de conversão eficiente, robusta e inovadora, adaptável às exigências dos sistemas elétricos modernos. Para tal, é apresentado inicialmente um enquadramento teórico abrangente, seguido de uma análise comparativa dos principais conversores, técnicas de modulação e algoritmos de controlo. Com base neste estudo, definiu-se a topologia global do SST e procedeu-se ao seu dimensionamento, orientado para operação até 2500 W e com uma frequência de comutação (fsw) de 50 kHz, visando a modularidade e o aumento da densidade de potência. A metodologia adotada contempla três etapas: (i) Simulações computacionais; (ii) Desenvolvimento do protótipo; e (iii) Ensaios experimentais. As simulações validaram o comportamento elétrico, os algoritmos de controlo e as estratégias de modulação. O protótipo foi concebido com foco em hardware modular e reconfigurável, aproximando-se de um cenário prático. Experimentalmente, apresentam-se resultados da validação individual de cada conversor, mas também da operação global do SST, em dois modos de funcionamento selecionados pela pertinência tecnológica. Os resultados confirmam a viabilidade da solução proposta, evidenciando o contributo do SST como elemento-chave das futuras smart grids. |
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