Desenvolvimento de um conversor CC-CC bidirecional isolado para um sistema load-shift

Dissertação de mestrado em Engenharia Eletrónica Industrial e ComputadoresO uso de energia elétrica é cada vez mais inevitável na realização das tarefas mais importantes ou rotineiras do dia-a-dia da maioria das pessoas. Para colmatar o aumento da demanda de energia elétrica, evitando problemas ambientais, tem-se vindo a apostar, cada vez mais, na produção de energia elétrica a partir de fontes de energia renovável. No entanto, algumas fontes de energia renovável, nomeadamente a solar e a eólica, apresentam como desvantagem a intermitência na produção. Além disso, esta situação é ainda mais agravada devido ao facto de os períodos de maior produção dessas fontes de energia renovável coincidirem, na maioria dos casos, com os períodos de menor procura de energia elétrica. Apesar da existência de incentivos para o consumo da energia elétrica nos períodos em que a procura é mais baixa, na maioria dos casos, isso não é praticável. Assim, para reforçar a utilização das fontes de energia renovável e o aproveitamento dos incentivos referentes aos períodos de menor procura, surgem novas oportunidades relativas à evolução dos sistemas de armazenamento e gestão da energia elétrica. Apesar dos sistemas Load-Shift poderem ser associados a vários conceitos distintos, a sua principal função consiste no armazenamento de energia em períodos de menor demanda e posterior utilização em momentos de maior demanda. Para tal, um sistema Load-Shift tem de ser capaz de converter os níveis de tensão da rede elétrica para os níveis de tensão do sistema de armazenamento e posteriormente permitir a conversão inversa, ou seja, adaptar os níveis de tensão do sistema armazenador para os níveis de tensão da rede elétrica. Neste sentido, a presente dissertação de mestrado foca-se no desenvolvimento de um conversor CC-CC bidirecional isolado, cuja principal função é gerir o carregamento e descarregamento das baterias eletroquímicas num sistema de Load-Shift. O trabalho desenvolvido está centrado num conversor CC-CC dual active bridge, onde foram abordadas e implementadas quatro técnicas de controlo distintas. Ao longo do desenvolvimento deste trabalho foi possível validar a topologia de conversor CC-CC bidirecional isolado, bem como as quatro técnicas phase shift abordadas para o sistema de controlo. Para estas técnicas de controlo foi estabelecida, através de resultados de simulação e resultados experimentais, uma comparação quanto às vantagens e desvantagens de cada uma delas, e performance de operação.Today, the use of electric energy is becoming more inevitable to perform the most common or important tasks. This situation leads to potential environmental problems and for that reason of renewable energy sources have been more and more used. However, some of these renewable energy sources, namely solar energy and wind energy, have the disadvantage of intermittent energy production throughout the day. Furthermore, in most cases, the periods of most energy production from renewable energy sources coincides with the periods of low demand of electrical energy, which aggravates the situation. Although of the existence of incentives to use electrical energy in periods of low demand, in most cases, this is not practicable. Thus, both to reinforce renewable energy use or to benefit from the incentives for using it in the periods of lower demand, emerge new opportunities related with storage and management systems for electrical energy. Although the Load-Shift systems can be associated for a variety of concepts, their main goal is the energy storage for a future use. Therefore, a Load-Shift system must be able to adapt the voltage level from the power grid to the voltage levels of the storage system, and allow the reverse operation, i.e., adapt the voltage levels from the storage system to the voltage levels of power grid. This Master thesis focuses on the development of a bidirectional isolated DC-DC converter, whose main function is to manage the charging and discharging of electrochemical batteries in a Load-Shift system. This work is centered in a DC-DC dual active bridge converter, in which were studied and implemented four different phase shift control techniques. During this work, it was possible to validate the topology of the isolated bidirectional DC-DC converter, as well as the four phase shift studied control techniques. For these four control techniques it was established a comparison in terms of advantages and disadvantages and operation performance, through simulation and experimental results