Desenvolvimento do condicionador série e um iUPQC com interface otimizada com energias renováveis aplicado a uma microrrede

Abstract

A qualidade de energia elétrica (QEE) tornou-se um fator importante nos sistemas elétricos atuais. Estudos comprovam que instalações elétricas com problemas de QEE podem registar prejuízos económicos avultados. Outra das grandes apostas da comunidade científica atual são os sistemas de produção de energia baseados em fontes de energia renovável. Estes atingiram uma grande relevância dados os problemas ambientais vividos, sendo uma das opções de produção de energia elétrica em detrimento da queima de combustíveis fósseis. Assim, o tema desta dissertação de mestrado vem ao encontro destas duas vertentes, integrando produção de energia a partir de sistemas fotovoltaicos e conversores capazes de mitigar problemas de QEE. Atualmente, existem diversos equipamentos capazes de mitigar alguns problemas de QEE como condicionadores ativos de potência ou fontes de alimentação ininterrupta (Uninterruptible Power Supply - UPS). Contudo, existe um equipamento capaz de mitigar a maioria dos problemas de QEE, sendo este o Condicionador Unificado de Qualidade de Energia Elétrica (UPQC). Este equipamento é composto por um condicionador ativo paralelo e um condicionador ativo série que partilham o mesmo barramento CC. Nesta dissertação de mestrado é descrito o desenvolvimento de um condicionador ativo série integrado num Condicionador Unificado de Qualidade de Energia com Controlo Invertido (iUPQC) com interface otimizada com energias renováveis aplicado a uma microrrede. O iUPQC é um equipamento usado para mitigação de problemas de QEE, com a particularidade de possuir controlo invertido em relação ao UPQC. O condicionador ativo série controla a corrente da rede enquanto o condicionador ativo paralelo controla a tensão das cargas. A integração de conversores de interface com sistemas solares fotovoltaicos e de conversores de interface com sistemas de armazenamento de energia torna esta solução interessante na aplicação em microrredes.

Power Quality (PQ) has become an important factor in current electrical systems. Many studies prove that electrical facilities with PQ problems can register considerable economic losses. Another of the great bets of the current scientific community are energy production systems based on renewable energy sources. These reached a great source because of the environmental problems experienced, being one of the options to produce electric energy in detriment of the burning of fossil fuels. The theme of this master dissertation meets these two aspects, integrating energy production from photovoltaic systems and conditioners capable of solve PQ problems. Currently, there are several equipment capable of mitigating some PQ problems such as active power filters or Uninterruptible Power Supply (UPS). However, there is an equipment capable of mitigating most PQ problems, which is the Unified Power Quality Conditioner (UPQC). This is composed of a shunt active conditioner and a series active conditioner that share the same DC bus. This master dissertation describes the development of a series active conditioner integrated into a Unified Power Quality Conditioner with Inverted Control (iUPQC) with an optimized interface with renewable energies applied to a microgrid. The iUPQC is equipment used to mitigate PQ problems, with the particularity of having an inverted control compared to the UPQC. The series active conditioner controls the power grid currents while the shunt active conditioner controls the load voltages. The integration of photovoltaic systems interface converters with energy storage systems makes this solution interesting for microgrids applications.