Desenvolvimento de um conversor CC-CA para o condicionador ativo paralelo de um UPQC trifásico

Abstract

Hoje em dia, devido à utilização massiva de cargas não lineares pelos consumidores em geral, tem aumentado progressivamente o conteúdo harmónico nas formas de onda das correntes, que, por sua vez, provocam quedas de tensão nas impedâncias das linhas, contribuindo para o aumento do conteúdo harmónico das tensões na rede elétrica. Como resultado, cada vez mais a rede elétrica apresenta baixos índices de qualidade de energia elétrica. O projeto em que esta dissertação está enquadrada consiste no desenvolvimento de um condicionador da qualidade de energia unificado (unified power quality conditioner - UPQC) trifásico com interface, através do barramento cc, a uma fonte de energia renovável e a um sistema de armazenamento de energia. O UPQC desenvolvido consiste na junção de um condicionador ativo série (CAS), um condicionador ativo paralelo (CAP) e um conversor cc-cc com interface com a fonte de energia renovável e o sistema de armazenamento de energia e o barramento cc. Assim, o CAS é responsável por garantir tensões sinusoidais e equilibradas às cargas, o CAP é responsável por garantir correntes sinusoidais e equilibradas na rede elétrica e o conversor cc-cc tem como funcionalidade carregar ou descarregar as baterias e extrair a máxima potência da fonte de energia renovável. Com o desenvolvimento deste UPQC é possível melhorar a qualidade da energia elétrica, beneficiando tanto o utilizador final como o fornecedor de energia e todo o sistema de transporte. Assim, o âmbito desta dissertação é apenas referente ao desenvolvimento do conversor cc-ca para o CAP do UPQC. No âmbito desta dissertação, e de acordo com o enquadramento do projeto, este conversor é responsável por garantir correntes sinusoidais e equilibradas na rede elétrica, manter a tensão do barramento cc regulada e manter um fluxo bidirecional de energia com a rede elétrica de acordo com a operação do conversor cc-cc (fonte de energia renovável e sistema de armazenamento de energia).

Nowadays, due to the massive use of nonlinear loads by consumers in general, it has progressively increased the harmonics content in the waveforms of the currents, causesing voltage drops in the line impedances, contributing for increasing the harmonic content of the voltages in the electrical grid. As a result, each more, the electric grid presents low indices of power quality. The project where this dissertation is framed consists in the development of a three-phase unified power quality conditioner (UPQC) with interface, through the dc-link, to a renewable energy source and to an energy storage system (batteries). The developed UPQC consists is the combination of a series active conditioner (CAS), a parallel active conditioner (CAP) and a dc-dc converter for the interface between the CAS, the CAP, the renewable energy source and energy storage system. Therefore, the CAS is responsible for ensuring sinusoidal and balanced voltages to the loads, the CAP is responsible for ensuring sinusoidal and balanced currents to the electrical grid, and the dc-dc converter has the function of charging or discharging the batteries and extracting the maximum power from the renewable energy source. With the development of this UPQC, it is possible to increase the quality on the electrical grid side, benefiting: the end-user, the electricity supplier and the entire transportation system. Thus, the purpose of this dissertation is only related with the development of the dc-ac converter applied in the CAP of the UPQC. In the context of this work, and according to the project structure, this converter is responsible for ensuring sinusoidal and balanced currents from the electrical grid, maintaining a regulated dc-link voltage, as well as maintaining a bidirectional power flow according to the operation of the dc-dc converter (used to interface the renewable energy source and energy storage system).