Desenvolvimento de um conversor CA-CC unificado com características de filtro ativo paralelo

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Eletrónica Industrial e ComputadoresCom o acentuado crescimento tecnológico das últimas décadas, a energia elétrica assume uma posição cada vez mais relevante e imprescindível, sendo que, hoje em dia, muito dificilmente alguém abdicaria dela, principalmente, considerando as necessidades energéticas de bens essenciais como eletrodomésticos e luz elétrica, assim como de sistemas audiovisuais e informáticos. Contudo, normalmente, estes equipamentos comportam-se como cargas não-lineares para a rede elétrica, apresentando elevado conteúdo harmónico, que se traduz em efeitos prejudicais à qualidade da energia elétrica (QEE). Também relevante, é a crescente aposta em veículos elétricos (VEs) recorrendo a baterias como fonte primária ou secundária de energia, convergindo para o novo paradigma de mobilidade elétrica. Porém, com a crescente aposta neste tipo de transportes também podem surgir problemas de QEE provenientes do impacto dos sistemas de carregamento de baterias na rede elétrica que, muitas vezes, apresentam um perfil de carga não-linear. Enquadrada nas vertentes da mobilidade elétrica e da QEE, esta dissertação visa o desenvolvimento de uma nova topologia de conversor CA-CC unificado com características de filtro ativo de potência do tipo paralelo monofásico. Desta forma, assumindo a existência de um conversor CC-CC como elemento intermédio entre o conversor CA-CC proposto e as baterias de VEs, o conversor proposto possibilita dois modos de operação distintos e independentes, mas que também podem ser combinados: operação de carregamento de baterias (CB); operação como filtro ativo paralelo (FAP) do tipo monofásico; e operação simultânea dos modos CB e FAP. Nos três modos de operação, o conversor proposto permite operar com corrente controlada no lado da rede elétrica, controlar o fator de potência e regular a tensão dos barramentos CC. Ao longo da dissertação são apresentados um estudo do estado-da-arte sobre conversores do tipo power factor correction e respetivas estratégias de controlo, o modelo de simulação detalhado do conversor proposto, a implementação laboratorial do protótipo do conversor proposto e, por fim, a validação experimental que permitiu corroborar os resultados de simulação e os objetivos propostos.With the accentuated technological growth of the last decades, electrical energy assumes an increasingly important and indispensable position, and nowadays it is very difficult for anyone to give up on it, especially considering the energy needs of essential goods such as electric appliances and electric light, as well as audiovisual and computer systems. However, these devices usually behave as non-linear loads for the power grid, presenting high harmonic content, which is manifested in effects that are detrimental to the power quality (PQ). Also relevant is the growing focus on electric vehicles (EVs) using batteries as a primary or secondary source of energy, converging to the new paradigm of electric mobility. However, with the increasing focus on this type of transport, PQ problems can also arise from the impact of battery charging systems on the power grid, which often have a non-linear load profile. Inserted in the aspects of electric mobility and the QEE, this dissertation proposes the development of a new converter topology unified with single-phase shunt active power filter characteristics. Assuming a DC-DC converter as interface between the proposed AC-DC converter and the EV batteries, the proposed converter allows two different and independent operating modes, but they can also be combined: battery charging operation (BC); operation as shunt active power filter (SAPF); and simultaneous operation of BC and SAPF modes. In the three modes, the proposed converter allows the operation with controlled current in the power grid side, controlled the power factor and regulate the DC-link voltage. Throughout the dissertation is presented a study of the state of the art on power factor correction converters and their control strategies, the detailed simulation model of the proposed converter, the laboratory implementation of the prototype of the proposed converter and, finally, the experimental validation that allowed to corroborate the results and the proposed objectives