Desenvolvimento de um condicionador unificado de qualidade de energia monofásico com controlo invertido

Dissertação do mestrado em Engenharia Eletrónica Industrial e ComputadoresA Qualidade de Energia Elétrica (QEE) é um tema cada vez mais importante no ramo da engenharia, pois os problemas na rede elétrica podem levar a que os equipamentos não funcionem corretamente. Isso, faz com que muitos clientes, no sector industrial serviços tenham prejuízos económicos muito elevados. Porém, muitos desses problemas ocorrem devido às cargas utilizadas pelos clientes que “poluem” a rede elétrica com potência reativa e harmónicas. Existem equipamentos de eletrónica de potência que mitigam estes problemas de Qualidade de Energia Elétrica, entre eles o Condicionador Unificado de Qualidade de Energia (Unified Power Quality Conditioner - UPQC). Esta dissertação aborda uma nova topologia deste equipamento chamado Condicionador Unificado de Qualidade de Energia com Controlo Invertido (iUPQC) Monofásico com a adição de baterias, para permitir o modo de alimentação ininterrupta da instalação (Uninterruptible Power Supply – UPS) denominando-se assim iUPQC-UPS. Um UPQC é um equipamento constituído por um condicionador ativo série (Conversor CC-CA) e um condicionador ativo paralelo (Conversor CC-CA) que ligam a um barramento CC comum. Este barramento irá ligar às baterias a partir de um conversor CC-CC bidirecional. O objetivo do UPQC com controlo invertido é que o condicionador ativo série absorva da rede a potência ativa necessária impondo uma corrente sinusoidal do lado da rede, enquanto que o condicionador ativo paralelo fornece às cargas uma tensão sinusoidal com frequência e valor eficaz normalizado. Desta forma, todas a potência reativa e harmónicas serão fornecidos pelo condicionador ativo paralelo. Esta dissertação apresenta um estudo bibliográfico dos condicionadores ativos de potência que mitigam os problemas de QEE, das topologias dos conversores de potência e dos seus algoritmos de controlo. Com base neste estudo, foi usada a ferramenta PSIM para fazer simulações dos modos de funcionamento do iUPQC-UPS. Posteriormente, foi desenvolvido o protótipo do iUPQC-UPS, constituído pelo sistema de controlo, sistema de comando e sistema de potência. Por ultimo, o protótipo foi validado ao retirar os resultados experimentais de todos os modos de funcionamento.Electrical Power Quality is an increasingly important topic in the engineering field, as the problems created in the electrical network lead to the equipment not working properly. This causes many customers in the industrial services sector to have very high economic losses. However, many of these problems occur due to the loads used by customers that “pollute” the Electric Grid with reactive power and harmonics. There are power electronics equipment that mitigate these Power Quality problems, among them the Unified Power Quality Conditioner (UPQC). This dissertation approaches a new topology of this equipment called Unified Power Quality Conditioner with Inverted Control (iUPQC) with the addition of batteries, to allow the uninterruptible power supply of the installation (Uninterruptible Power Supply - UPS), thus called iUPQC- UPS. This equipment consists of a series active conditioner (DC-AC converter) and a parallel active conditioner (DC-AC converter) that connect to a common DC bus. This bus will connect to the batteries from a bidirectional DC-DC converter. The objective is that the series active conditioner absorbs the necessary power from the power grid while imposing a sinusoidal current on the power grid side, while the shunt active conditioner provides the loads with a sinusoidal voltage with normalized frequency and effective value. In this way, all reactive power and harmonics will be provided by the shunt active conditioner The batteries will charge or discharge as needed by the network. That is, if the power of the network is greater than the power of the loads, the batteries will use power from the network to charge. If the power of the network is less than the power of the loads, the batteries will discharge when supplying power to the loads.Este trabalho de dissertação está enquadrado no projeto IC&DT “Quality4Power – Enhancing the Power Quality for Industry 4.0 in the era of Microgrids”, financiado pela Fundação para a Ciência e Tecnologia, com a referência PTDC/EEI-EEE/28813/201