Desenvolvimento dos conversores de potência para uma microrrede isolada baseada em energia eólica

Dissertação de mestrado em Engenharia Eletrónica e de ComputadoresAtualmente, a energia elétrica é um bem essencial para o dia-a-dia de um ser humano. Para se poder usufruir desta forma de energia é necessário encontrar fontes capazes de a fornecer, estando estas, inicialmente muito dependentes de combustíveis fósseis. Uma vez que estes processos de extração de energia são extremamente poluentes, opta-se, cada vez mais, pela utilização de fontes mais limpas e com um tempo de reposição mais curto, tais como o Sol, o vento, o calor interno da Terra e a biomassa, sendo esta última não tão “limpa”, visto que também emite gases para a atmosfera. De entre estas, a energia eólica é a que tem ganho mais destaque ultimamente, ficando apenas atrás dos combustíveis fósseis e da hídrica em termos de capacidade mundial de produção de energia elétrica total instalada. Nesta dissertação é descrito o desenvolvimento da eletrónica de potência necessária para criar uma microrrede elétrica isolada através de uma microturbina eólica. O sistema desenvolvido é capaz de extrair a potência máxima que a turbina consegue produzir a cada instante e criar uma rede isolada monofásica com o mínimo de conteúdo harmónico. Neste documento são apresentados alguns conceitos teóricos sobre turbinas eólicas, tais como os tipos existentes e os componentes que incorporam uma turbina eólica de eixo horizontal. Para além disso, são introduzidos alguns dos algoritmos MPPT (Maximum Power Point Tracking) usados para extração da máxima potência e explicado o algoritmo de controlo preditivo implementado no inversor, isto é, o Predictive Deadbeat. Após a introdução teórica é descrito o processo de modelação dos conversores em ambiente de simulação PSIM, permitindo perceber melhor o comportamento do próprio sistema e identificar potenciais problemas que poderiam aparecer após a implementação em hardware. Finalmente, é destacado o hardware utilizado para a implementação do sistema e são aferidos os resultados obtidos durante os testes feitos ao sistema.Nowadays, electric energy is a relevant resource for the daily life of a human being. To be able to use such an energy, it is necessary to find sources capable of providing it, being the first ones the fossil fuels. Since the energy extraction from fossil fuels are extremely pollutants and the stock is becoming more limited, renewable energy sources like solar, wind and biomass, are getting increasingly appealing. Between all these sources, the wind energy is gaining a lot of attention lately, being only below the fossil fuels and hydric energy in terms of worldwide electric energy production capacity installed. This dissertation describes the development of power electronics needed to create an islanded electric micro grid with a micro wind turbine. The system can extract the maximum power that a wind turbine can produce and create an islanded single-phase power grid with low harmonic distortion. In this document are presented some theoretical concepts about wind turbines, like the types that exist and the components that incorporate a horizontal axis wind turbine. Furthermore, some MPPT (Maximum Power Point Tracking) algorithms used to extract the maximum power are introduced and the Predictive Deadbeat control implemented in the power electronics explained. After that, the models of power converters are firstly simulated in PSIM software, giving a better understanding of the system behaviour, and identifying problems that could appear after the hardware implementation. Finally, a laboratory prototype of the proposed system is developed and the experimental results obtained are presented and discussed