Desenvolvimento de conversores de potência para o sistema de produção e armazenamento de energia de um centro social sustentável isolado

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Eletrónica Industrial e ComputadoresA produção de energia elétrica através do uso de combustíveis fósseis tem gerado grandes preocupações, quer ambientais, pela libertação de gases de efeito estufa, quer a nível económico, pelo aumento do preço dos combustíveis. Tais preocupações têm motivado a procura por alternativas, como é o caso das FER. A evolução destes sistemas de produção, e a consequente diminuição dos seus custos, torna o uso de energias renováveis uma solução viável, com o intuito de colmatar a falta de acesso à energia elétrica em várias regiões do mundo, normalmente comunidades pequenas, onde a rede elétrica não chega por razões geográficas e/ou económicas. O objetivo desta dissertação, em conjunto com a dissertação de um colega, consiste no desenvolvimento de conversores de eletrónica de potência para os sistemas de produção de energia de um centro social sustentável isolado. Mais concretamente, a presente dissertação pretende contribuir com o desenvolvimento prático de conversores de eletrónica de potência capazes de realizar a interface entre um conjunto de painéis solares fotovoltaicos, um gerador eólico, um gerador de emergência a diesel e um banco de baterias. A outra parte envolvente no projeto contribui com o desenvolvimento dos conversores de potência responsáveis por gerar a rede elétrica local. Neste documento de dissertação, e após o estudo do estado de arte referente aos conversores de eletrónica de potência do tipo CC-CC e CA-CC que mais se adequam para a integração do projeto de dissertação, são apresentados os conversores escolhidos com base nos resultados de simulações computacionais. De referir que os conversores de eletrónica de potência que fazem a interface com fontes de energia renovável, e uma vez que são fontes de energia intermitente, estes conversores necessitam de um algoritmo de controlo (denominado por MPPT - Maximum Power Point Tracking) que permita detetar o ponto de máxima potência a cada instante e fazer com que o conversor opere nesse ponto ao longo do tempo, maximizando desta forma a energia produzida. Nesta dissertação, encontram-se apresentados os resultados das simulações, bem como todos os resultados obtidos experimentalmente de todos os circuitos de eletrónica de potência e de controlo desenvolvidos com o intuito de validar o sistema.The production of electric energy using fossil fuels has raised great concerns, both environmental and economic, due to the emission of greenhouse gases and the raise of fuel prices, respectively. Such concerns have motivated the pursuit of alternatives, such as renewable energy sources. The evolution of renewable energy production systems, and thus its cost reduction, makes the use of renewable energies a viable solution to address the lack of access to electric energy in several regions of the world, namely in small communities, where the electrical grid is not reachable due to geographic and/or economic reasons. The objective of the present thesis, carried out along with the thesis of César Salgado, entitled “Development of Power Converters to the Supply System of an isolated Micro Grid based on Renewable Energies”, aims at the development of electrical grid converters to energy production systems of an isolated sustainable social center. More specifically, the present study intends to contribute with a practical development of electronical power converters, capable of creating an interface between a set of solar photovoltaic panels, a wind generator, a diesel generator and a battery bank. The other part of the project comprises the development of power converters responsible for implementing the local alternate electric current. In this dissertation, and after the state of the art regarding the power grid converters type CC-CC and CA-CC, which are more appropriate for the integration of this project, the chosen power converters are presented based on computer simulation results. It should be noted that the converters which make the interface with renewable energies sources, since they are intermittent energy sources, need a control algorithm (termed as MPPT – Maximum Power Point Tracking) which allows to track down the maximum power point each moment, making the converter work on that point over time. In the present thesis, there are simulation results presented, as well as the results which were experimentally achieved, for all the electronic circuits of power and control developed with the objective of validating the proposed system