Estudo e desenvolvimento de um sistema de energia baseado em célula a combustível para injeção de potência na rede elétrica

This work presents the study and development of an alternative source of energy, composed primarily of a fuel cell as the primary organ of generation, a full-bridge converter lift and a single-phase PWM inverter. This source can operate in standalone mode, feeding local loads, or connected to the grid. An electric model for the fuel cell is proposed, which considers changes in temperature as a function of current at its terminals. This model was developed from tests on a 1,2 kW fuel cell, using the identification by the least squares method with the application of pseudo-random binary signals and optimization techniques. To study the parallel connection with the electric grid is also presented a state space model of the PWM inverter connected to the grid, using active power frequency (P×ω) and reactive power voltage (Q×V) droops control scheme, including an additional feedback from the active power variation on the inverter phase, which allows the analysis of the dynamics and stability of the inverter connected to the grid. Simulation and experimental results are presented to validate the models.Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas GeraisDoutor em CiênciasEste trabalho apresenta o estudo e desenvolvimento de uma fonte alternativa de energia, composta basicamente de uma célula a combustível, como órgão primário de geração, um conversor elevador full-bridge e um inversor monofásico PWM senoidal. Esta fonte pode operar de forma isolada, alimentando cargas locais, ou conectada à rede elétrica. É proposto um modelo elétrico para a célula a combustível, o qual considera as variações de temperatura em função da corrente em seus terminais. Este modelo foi desenvolvido a partir de ensaios em uma célula a combustível de 1,2kW, utilizando a identificação pelo método de mínimos quadrados com a aplicação de sinais binários pseudo-aleatórios e ferramentas de otimização. Também é apresentado um modelo por espaço de estados do estágio inversor-rede, que utiliza o controle via curvas características potência ativa versus frequência (P×ω) e potência reativa versus tensão (Q×V), com realimentação adicional da variação de potência ativa na fase do inversor, o qual permite análise da dinâmica e estabilidade do sistema inversor conectado à rede elétrica. Resultados experimentais e de simulação são apresentados para a validação dos modelos