Control of the Power Factor in Electric Vehicle Charging Systems

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaAtualmente, o mundo enfrenta uma crise ambiental, sendo a descarbonização um dos objetivos mais urgentes. A substituição dos veículos de combustão interna pelos elétricos é uma das soluções para este problema, reduzindo, assim, a emissão dos gases com efeito de estufa durante a sua utilização. Nos últimos anos tem-se registado um grande investimento nos veículos elétricos (VEs) e na sua investigação, tanto por parte de empresas e universidades, como por governos. Cada vez existem mais VEs a serem fabricados e a circularem nas estradas por todo o mundo, logo, o número de postos de carregamento das respetivas baterias também está a aumentar. No entanto, o sistema de carregamento das baterias dos VEs provoca algumas repercussões no sistema elétrico de energia, nomeadamente a diminuição do fator de potência e a geração de harmónicos. Esta dissertação tem como objetivo o controlo do fator de potência em sistemas de carregamento de veículos elétricos e a redução da distorção harmónica que os retificadores provocam. Com base na investigação realizada e na simulação de vários tipos de retificadores, são descritas as problemáticas do carregamento destas baterias, assim como as várias soluções existentes. Nos seguintes capítulos serão analisados diversos tipos de retificadores, métodos de controlo e modulação, com vista à implementação de um sistema com uma reduzida poluição harmónica, cujas potências - ativa e reativa - podem ser controladas consoante as necessidades da rede elétrica e da própria bateria. Desenvolveu-se um algoritmo baseado no controlo preditivo, de modo a controlar a corrente de entrada e a tensão da saída do sistema.The world is currently facing an environmental crisis. One of the world’s most urgent objectives to face is decarbonization. One of the solutions to solve this problem is the replacement of internal combustion vehicles with electric vehicles (EVs), thereby reducing the emissions of greenhouse gases into the atmosphere during their use. A considerable investment in EVs and their research, both by companies and universities, and also by governments, has taken place in recent years. More and more EVs are being manufactured and are circulating on the roads all over the world. Consequently, the number of battery charging stations is also increasing. However, the charging system of the EV batteries has some repercussions on the electric power system, namely the reduction of the power factor and the generation of harmonics. This dissertation aims to control the power factor in EV charging systems and the reduction of harmonic distortion originated by the rectifiers. Based on the research performed and the simulation of various types of rectifiers, the consequences of charging these batteries are analyzed, as well as the various existing solutions. The following chapters analyze the various types of rectifiers and control and modulation methods to implement a system with reduced harmonic pollution, and that controls the active and reactive powers, according to the needs of the electrical network and the battery itself. An algorithm based on predictive control was developed to control the input current and the output voltage of the system.FC