Publicação
Desenvolvimento de um solid state transformer para aplicações residenciais em smart grids
| Resumo: | O consumo de energia elétrica é essencial para o quotidiano das pessoas e empresas, sendo por isso necessário um fornecimento de energia elétrica com ótima qualidade. Posto isto, torna-se fundamental o desenvolvimento de equipamentos que assegurem uma ótima qualidade de energia elétrica. Durante os últimos 20 anos, o solid-state transformer (SST) tem sido alvo de investigação científica no sentido de substituir o transformador convencional. Face aos transformadores convencionais, o SST apresenta inúmeras vantagens, tais como, a redução do volume e peso e o facto de permitir um elevado grau de controlabilidade. Este controlo permite elevados padrões de qualidade de energia elétrica, pois controla a corrente de entrada para que tenha reduzida distorção harmónica e para que o fator de potência seja unitário. Os SSTs podem também permitir uma melhor integração das energias renováveis e de sistemas de armazenamento de energia, tal como gestão de energia nas micro-grids, sendo assim um bloco chave no desenvolvimento das smart grids. Além disso, com a introdução desta tecnologia, será possível a comunicação com os fornecedores de energia e os clientes visando estabelecer modos de operação específicos. Apesar das diversas vantagens, um SST apresenta algumas desvantagens. Atualmente, um SST não é tão eficiente como um transformador convencional, sendo também mais caro devido a utilização de diversos dispositivos eletrónicos. Em parte, o problema da eficiência é o resultado das perdas dos semicondutores utilizados (MOSFET, IGBT), sendo que com o surgimento de novos semicondutores como os SiCs (silicom carbide), verifica-se uma diminuição das perdas e um incremento da frequência de operação. Esta dissertação apresenta o desenvolvimento de um SST monofásico que permite o controlo da corrente de entrada e da tensão e frequência de saída. Consequentemente, com esta controlabilidade, é possível atingir elevados padrões de qualidade de energia elétrica. Após o estudo do estado da arte sobre conversores de eletrónica de potência e sobre estratégias de controlo, foi desenvolvido um modelo de simulação para verificar o funcionamento do SST. Posteriormente, foi desenvolvido um protótipo laboratorial e foram obtidos resultados experimentais. |
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| Autores principais: | Vaz, Diogo Adélio Carvalho |
| Assunto: | Solid-state transfomer Smart grids Eletrónica de potência SiC – silicom carbide Qualidade da energia elétrica Power electronics Electrical power quality Engenharia e Tecnologia::Engenharia Eletrotécnica, Eletrónica e Informática |
| Ano: | 2019 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | dissertação de mestrado |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | português |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | O consumo de energia elétrica é essencial para o quotidiano das pessoas e empresas, sendo por isso necessário um fornecimento de energia elétrica com ótima qualidade. Posto isto, torna-se fundamental o desenvolvimento de equipamentos que assegurem uma ótima qualidade de energia elétrica. Durante os últimos 20 anos, o solid-state transformer (SST) tem sido alvo de investigação científica no sentido de substituir o transformador convencional. Face aos transformadores convencionais, o SST apresenta inúmeras vantagens, tais como, a redução do volume e peso e o facto de permitir um elevado grau de controlabilidade. Este controlo permite elevados padrões de qualidade de energia elétrica, pois controla a corrente de entrada para que tenha reduzida distorção harmónica e para que o fator de potência seja unitário. Os SSTs podem também permitir uma melhor integração das energias renováveis e de sistemas de armazenamento de energia, tal como gestão de energia nas micro-grids, sendo assim um bloco chave no desenvolvimento das smart grids. Além disso, com a introdução desta tecnologia, será possível a comunicação com os fornecedores de energia e os clientes visando estabelecer modos de operação específicos. Apesar das diversas vantagens, um SST apresenta algumas desvantagens. Atualmente, um SST não é tão eficiente como um transformador convencional, sendo também mais caro devido a utilização de diversos dispositivos eletrónicos. Em parte, o problema da eficiência é o resultado das perdas dos semicondutores utilizados (MOSFET, IGBT), sendo que com o surgimento de novos semicondutores como os SiCs (silicom carbide), verifica-se uma diminuição das perdas e um incremento da frequência de operação. Esta dissertação apresenta o desenvolvimento de um SST monofásico que permite o controlo da corrente de entrada e da tensão e frequência de saída. Consequentemente, com esta controlabilidade, é possível atingir elevados padrões de qualidade de energia elétrica. Após o estudo do estado da arte sobre conversores de eletrónica de potência e sobre estratégias de controlo, foi desenvolvido um modelo de simulação para verificar o funcionamento do SST. Posteriormente, foi desenvolvido um protótipo laboratorial e foram obtidos resultados experimentais. |
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