Integração de filtro ativo de potência monofásico e bifásico ao sistema de propulsão de um veículo elétrico

The gradual replacement of the current internal combustion engine vehicles by elec-tric vehicles (EVs) comes up as being an important factor to the improvement of urban centers environmental conditions, since it enables reduction on the emissions of atmo-spheric pollutants harmful to human health. Additional tasks, apart from traction, can be performed by battery and plug-in hybrid electric vehicle powertrain on-board power electronic converters. It is possible to integrate functions such as battery charge, electric distributed power generation and reactive power compensation with few modifications on the EV electronics circuitry. This kind of application is especially interesting under the context of smart grids. The integration of these additional functions to an electric vehicle is a very desirable feature, since it can result on cost reduction (in comparison to the separated implementation of the integrated functions) and revenue to the owner of the vehicle by providing ancillary services to the electric power system. This work proposes the application of electric vehicles on the compensation of cur-rent harmonic components and reactive power in residential and commercial electricity networks by means of the integration of a shunt active power filter (APF) into their powertrain electronics circuitry, which can simultaneously operate with the EV bat-tery pack charging or during its use as an electric distributed power generator unit (vehicle-to-grid, V2G, operation mode). Since the EV grid connection standard cur-rently adopted by electric automobiles manufacturers is based on a single-phase power supply system (with a possible two-phase power supply connection), this work focuses on the application of an electric vehicle in the compensation of single-phase and two-phase loads under residential and commercial electricity networks typical conditions, in order to meet the compliance to the requirements of such standard. The inclusion of this functionality to EVs can contribute on the reduction of vehicular electrification impact on the electric power system, since the decrease of reactive and harmonic power flow into the grid results in higher available capacity of active power flow in the power conductors, which allows to supply electricity to new electric loads (that can be the EVs themselves).A gradativa substituição da atual frota de veículos de motor de combustão interna por veículos elétricos (VEs) pode ser vista como um importante fator para a melhoria das condições ambientais nos centros urbanos, uma vez que possibilita a redução das emissões de poluentes atmosféricos nocivos à saúde humana. Os conversores estáticos existentes no sistema de propulsão de veículos puramente elétricos e híbridos "plug-in" podem ser utilizados para funções adicionais, diferentes da tração elétrica. Com poucas adaptações nos circuitos eletrônicos do VE é possível integrar funções como recarga de baterias, geração distribuída de energia elétrica e compensação de reativos. Este tipo de aplicação é particularmente interessante no contexto de redes inteligentes de energia elétrica (smart grids). Esta integração de funcionalidades ao VE, além de permitir a redução de custos e economia de recursos naturais, poderá resultar em retorno financeiro aos proprietários destes veículos pela prestação de serviços auxiliares ao sistema elétrico. Neste trabalho é proposta a utilização de veículos elétricos na compensação de harmônicos de corrente e de potência reativa em instalações elétricas residenciais e comerciais, utilizando o próprio sistema de propulsão do VE para operar como filtro ativo de potência, o que pode ser realizado de forma simultânea à recarga do banco de baterias do VE ou durante seu uso como unidade de geração distribuída de ener-gia elétrica (operação no modo V2G, vehicle-to-grid). Sendo o padrão de conexão de VEs à rede de energia elétrica atualmente adotado pela maior parte dos fabricantes de automóveis elétricos baseado em alimentação monofásica (com possibilidade de alimen-tação bifásica), é explorada, neste trabalho, a utilização de um VE na compensação de cargas monofásicas e bifásicas, em condições típicas de instalações elétricas residenciais e comerciais, de forma compatível a tal padrão. A inclusão desta funcionalidade aos VEs pode contribuir para a redução do impacto da eletrificação veicular no sistema elétrico, pois com a diminuição do fluxo de potência reativa e harmônica na rede elé-trica, torna-se maior a sua capacidade disponível para transporte de potência ativa, facilitando o suprimento de energia a novas cargas (que podem ser os próprios VEs)