ISEP - DM – Engenharia Electrotécnica – Sistemas Eléctricos de Energia
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Browsing ISEP - DM – Engenharia Electrotécnica – Sistemas Eléctricos de Energia by advisor "Brito, Rui Miguel Monteiro de"
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- Caracterização e Implementação de um Conversor Dual Active Bridge e Respetivo ControloPublication . Resende, Diogo Manuel Passos Pinhal Resende; Brito, Rui Miguel Monteiro deEste trabalho tem como objetivo apresentar o desenvolvimento de um conversor Dual Active Bridge (DAB). Numa primeira parte, é apresentado o enquadramento da necessidade do desenvolvimento deste projeto para a Addvolt, no seu contexto empresarial (eletrificação de camiões de frio). É apresentado o Estado da Arte sobre este tipo de conversores. Aqui são abordados conceitos teóricos sobre vários tipos de conversores de corrente contínua, no sentido de perceber a necessidade da utilização de isolamento galvânico em aplicações de alta potência. Ao mesmo tempo, é aprofundado o estudo do conversor DAB devido à sua robustez e possibilidade de fluxo de potência bidirecional. A par disto, são apresentados alguns dos componentes utilizados e abordadas algumas das técnicas de modulação e controlo mais utilizadas neste tipo de conversores. Após a decisão do tipo de modulação a utilizar no conversor, são efetuados cálculos e simulações para verificar se, com o material já adquirido, o conversor consegue atingir o nível de transito de potências para o qual foi dimensionado num estudo anterior. Foi definido um novo nível de potência e testado o funcionamento a vários níveis de temperatura. Posteriormente, é feita a montagem do conversor onde são identificados e resolvidos alguns problemas e finalizadas todas as etapas de condicionamento de sinal para a leitura de valores de tensão, corrente e temperatura. Em paralelo com isto, foi desenvolvido um código em C e uma interface gráfica para o controlo do conversor. Por ultimo, é testado o funcionamento do conversor, anotados os resultados e tiradas as conclusões.
- Controlador Integrado Para Veículos Elétricos Até 7kW AC MonofásicoPublication . Sousa, André Tiago Alves; Brito, Rui Miguel Monteiro deA sensibilização para com as alterações climáticas nos últimos anos tem levado investigadores, governos e cidadãos a procurar uma redução das emissões dos gases com efeito de estufa. Como possível alternativa para os veículos com motor de combustão interna, ressurgiram os veículos elétricos, que utilizam energia elétrica, através de fontes renováveis, como meio de locomoção. Contudo, uma das grandes desvantagens apontada ao veículo elétrico é o seu tempo de carga, face ao tempo de abastecimento de um veículo de combustão interna. A presente proposta de dissertação assenta no desenvolvimento de um controlador de carga para veículos elétricos com um limite de potência de 7kW e que possa ser adaptado a contextos empresariais ou escolares, onde cada utilizador tem tipicamente o seu veículo estacionado durante cerca de 8 horas e nesse espaço temporal poderá colocá-lo a carregar. Desta forma o veículo fica completamente carregado no final do dia, evitando longos períodos de espera e ainda usufruir de tarifas mais atrativas do que em casa ou num posto de carregamento rápido. Desta forma desenvolveu-se um protótipo baseado no protocolo de comunicação SAE J1772, através do qual e em função dos dados inseridos pelo utilizador, capacidade das baterias do veículo (kWh), percentagem atual da bateria (%) e o tempo em que o veículo estará em carregamento (h), o equipamento calcula a corrente mínima/ideal de forma que o veículo esteja completamente carregado ao custo mais baixo. O protótipo desenvolvido disponibiliza de um leitor RFID para identificação do utilizador, um equipamento de medição de tensão, corrente e cálculo da energia fornecida e um display tátil, onde são inseridas e consultadas as informações relativas ao carregamento. O equipamento está conectado à internet para envio de um e-mail ao utilizador com o consumo energético e respetivo custo.
- Desenvolvimento de um Voltage Source Converter de interface à rede para sistemas de armazenamento de energia a bateriasPublication . AMORIM, ANDRÉ FILIPE DIAS DE; Brito, Rui Miguel Monteiro deO presente documento contempla um estudo dos principais fatores inerentes à operação e desenvolvimento dos conversores de potência bidirecionais Voltage Source Converters (VSCs). Estes conversores desempenham um papel fundamental no âmbito da integração das energias renováveis, nomeadamente a solar fotovoltaica e a eólica, e de baterias estacionárias, atuando como interface entre estes recursos e a rede. Numa fase inicial, são apresentadas as características mais preponderantes dos VSCs, bem como os princípios genéricos que sustentam o seu funcionamento. As transformadas de Clarke e Park surgem como ferramentas matemáticas que permitem simplificar a análise e o controlo destes conversores. O sincronismo com a rede, a técnica de modulação adotada e o método de controlo são aspetos de particular relevância no âmbito do desempenho destes conversores. Posteriormente, através de uma etapa de modelação, é caracterizado matematicamente o comportamento do VSC, o que permite desenvolver um modelo de controlo adequado. Toda a fundamentação teórica é validada em ambiente de simulação. Partindo das simulações nos domínios de tempo contínuo e discreto, é avaliado o desempenho do VSC sob diferentes condições de operação. Com base no suporte fornecido pela etapa de simulação, é desenvolvido um protótipo laboratorial de um VSC de interface à rede, considerando um sistema de armazenamento de energia a baterias. Após uma breve caracterização do hardware utilizado e da montagem efetuada, são abordados os aspetos fundamentais da implementação prática, incluindo as malhas de controlo e a geração dos sinais associados à modulação, os mecanismos de proteção e o tempo de execução do código desenvolvido. No final, através de um conjunto de ensaios laboratoriais, é validado o desempenho do protótipo concebido. Os resultados obtidos evidenciam a possibilidade de operação do VSC sob os quatro quadrantes de potência, sendo possível carregar ou descarregar as baterias e, simultaneamente, alterar o fator de potência imposto pelo conversor à rede. O controlo desacoplado das potências ativa e reativa, bem como a rápida resposta do conversor perante diferentes referências destas potências, elevam o valor do VSC enquanto solução de suporte à rede e de prestação de serviços de sistema, nomeadamente regulação de frequência e controlo de tensão.
- Energy ReaderPublication . Costa, Romeu Manuel Pereira da Costa; Brito, Rui Miguel Monteiro deA energia elétrica é um dos bens de primeira necessidade a que todos os portugueses têm direito e que a qualquer aumento nos tarifários corresponde sempre alguma apreensão na gestão orçamental das famílias (e das empresas). A gestão dos contínuos déficits tarifários elétricos por parte dos governos não tem conseguido reduzir o peso desta componente nos orçamentos e assim a sociedade tem procurado soluções para controlar o custo. Um dos primeiros passos para reduzir consumos é ter informação acerca do que está a consumir energia em casa. A solução descrita neste documento tem por objetivo fornecer informação sobre o consumo do equipamento que lhe esteja ligado. A publicação da informação através da WEB fazia parte dos objetivos iniciais da solução e era desta forma que o utilizador tomaria conhecimento dos consumos dos seus equipamentos. A solução dividiu-se em dois principais blocos de trabalho: 1. Montar uma solução WEB capaz de receber a informação enviada pelos equipamentos e disponibilizá-la aos utilizadores a quem eles pertencem 2. Montar um dispositivo eletrónico, que se pudesse ligar à rede elétrica de casa, obtivesse variáveis elétricas como a tensão e a corrente, potência ativa e aparente, fator de potência e calculasse a energia consumida instantaneamente, devendo ligar-se à rede wireless da casa para comunicar essa informação para o site criado para esse efeito. Partindo de uma base profissional assente na Informática e com a experiência de alguns anos em programação WEB, definiu-se iniciar o desenvolvimento por este primeiro bloco. Uma vez que o principal objetivo do mestrado foi adquirir conhecimento, decidiu-se por uma linguagem de programação (PHP) que permitisse aumentar o leque de conhecimentos em linguagens de programação. Foi usado o PHP sem recurso a qualquer framework. A base de dados de suporte escolhida, o MariaDB, é bastante utilizada para protótipos (e não só), tendo boas capacidades de gerir grandes quantidades de dados. O WEB design construiu-se a partir de um bootstrap existente na Internet assim como a gestão de utilizadores tendo aplicado uma solução gratuita e disponível para estes efeitos e foi integrada no protótipo. O modelo de dados foi desenhado com o objetivo de registar os dados enviados pelo equipamento e com a possibilidade de posteriormente serem associados a um utilizador. O site permite ao utilizador associar um equipamento doméstico ao equipamento de medição podendo visualizar em gráfico o consumo do dia, da semana, do mês e ano. O segundo bloco de trabalho, a conceção do dispositivo eletrónico, começou por uma fase maior de estudo de conceitos e descobrir quais os componentes necessários para construir um protótipo seguro para utilizar nas instalações domésticas. Nesta fase, começou-se por encontrar um microcontrolador com capacidade de processamento, com pelo menos duas portas de leitura analógicas e de preferência com capacidade de comunicações WIFI já integradas. O microcontrolador ESP32 WROVER-B foi o escolhido. O primeiro passo foi programá-lo para que enviasse dados de teste para o site desenvolvido. Para que esse passo fosse conseguido, foi necessário incluir configurações que permitam ao utilizador indicar qual o utilizador e a password do WIFI de casa (neste momento o protótipo só tem utilidade com internet incluída). A fase final deste segundo bloco de trabalho, consistiu em desenhar o circuito elétrico necessário e a montagem dos restantes componentes capazes de adquirir a informação pretendida e transmiti-la ao microcontrolador. Foram utilizados dois sensores isolados oticamente (um para obter as tensões e outro para obter a corrente elétrica) para calcular a informação a transmitir ao microcontrolador. Foi construído um protótipo que permitiu testar o conceito, tendo sido efetivadas medições para cargas variadas, nomeadamente resistivas, mas sobretudo cargas não lineares.
- Estudo de saturação de transformadores de corrente em redes com conteúdo harmónico: Impacto nas proteções de sistemas de armazenamento de energiaPublication . LIPINSKI, LEONARDO; Brito, Rui Miguel Monteiro deOs Sistemas de Armazenamento de Energia por Baterias, denominados BESS (da sigla em língua inglesa Battery Energy Storage Systems) desempenham fundamental papel na transição energética como meio de estabilização da potência fornecida por fontes de energia renováveis. Composto essencialmente por eletrónica de potência ativa, os PCS (do Inglês Power Convertion System) são conversores bidirecionais que realizam a conversão de corrente alternada para contínua, durante o processo de carregamento das baterias e também de contínua para alternada durante o processo de injeção de potência das baterias para a rede. Sua proteção, baseada em relés eletrónicos multifunções que atuam em disjuntores de média tensão, amostram os sinais de corrente destes circuitos via transformadores de corrente, que podem estar sujeitos à saturação dado o comportamento não linear destes equipamentos e sua base tecnológica (núcleos ferromagnéticos). Como análise essencial no dimensionamento e especificação dos transformadores de corrente, se faz necessário o estudo de saturação destes equipamentos face aos níveis de curto-circuito na instalação, uma vez que é de fundamental importância garantir a correta atuação dos disjuntores e demais subsistemas de proteção associados a estes transformadores frente a um fenómeno de curto-circuito. Este trabalho tem como objetivo analisar o comportamento dos transformadores de corrente das celas de média tensão face ao típico conteúdo de distorção harmónica existente nos sistemas BESS, bem como, por meio numérico via utilização do software PLECS, construir uma metodologia de análise da saturação de transformadores de corrente em redes com conteúdo harmónico.
- Inversor de potência trifásico e bidirecional para sistemas de armazenamento de energia a bateriasPublication . Oliveira, Nuno Guilherme Costa; Brito, Rui Miguel Monteiro deEste trabalho aborda os princípios gerais para o desenvolvimento de um inversor trifásico e bidirecional para sistemas com armazenamento de energia recorrendo a baterias. Destaca-se a importância dos conversores Voltage Source Converter (VSC) em infraestruturas elétricas modernas, assim como, na integração de fontes de energia renováveis ou na sua utilização na mobilidade elétrica. No decorrer deste estudo explora-se o princípio de funcionamento do conversor, o uso das transformadas de Park e Clarke de forma a simplificar o controlo dos VSCs. Analisa-se igualmente técnicas de modulação, em especial, a Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM) e a Space Vector Modulation (SVM), comparando os seus princípios de funcionamento e a sua eficácia em diferentes cenários. Outro foco do estudo em questão é a sincronização do conversor com a rede elétrica, visto que este processo é fundamental para assegurar a coerência dos parâmetros elétricos do sistema de controlo com os da rede, utilizando-se o Phase-Locked Loops (PLLs) para garantir a estabilidade e resposta dinâmica dos VSCs. São efetuadas diversas simulações para comprovação dos diferentes métodos necessários ao correto funcionamento do conversor. A implementação prática é validada com a construção de um protótipo laboratorial, incluindo testes funcionais e análise de desempenho. Conclui-se este estudo destacando a eficácia do sistema desenvolvido e sugerindo novos desafios para futuras pesquisas. O principal objetivo deste trabalho é demonstrar a viabilidade de um sistema eficiente e robusto para a gestão bidirecional de energia entre a rede elétrica e unidades de armazenamento a baterias, assim como a possibilidade de efetuar o controlo da potência reativa, contribuindo para o avanço das tecnologias existentes para conversão de energia elétrica.
- Sistema de armazenamento de energia produzida na travagem de um comboioPublication . Vicente, José Manuel Damil; Brito, Rui Miguel Monteiro deO transporte ferroviário de alta velocidade é o meio de transporte mais eficiente e amigo do ambiente. Num momento em que a economia energética é um assunto central na sociedade é relevante encontrar soluções para melhorar a eficiência deste transporte, tendo em vista as poupanças económicas e ambientais que se pretendem prosseguir. Há vários anos que a utilização de sistemas adicionais, que permitam aumentar a eficiência dos transportes ferroviários, tem vindo a ser discutida, mas, até agora, a implementação destes sistemas ainda é bastante baixa. A travagem regenerativa é um desses sistemas que rentabiliza a energia que seria dissipada sob a forma de calor. Apesar deste sistema estar implementado na ferrovia o seu funcionamento implica que a energia regenerada seja injetada na catenária para ser utilizada, por exemplo, por outro comboio que circule no mesmo troço e que esteja em regime de aceleração ou injetada na rede sem retorno económico caso não seja possível rentabilizar essa energia por outra composição. Esta dissertação propõe a inclusão de um sistema de armazenamento de energia a bordo do comboio, que seja capaz de armazenar a energia gerada a partir da funcionalidade de travagem regenerativa disponível no comboio. Essa energia será posteriormente utilizada nos períodos de maior esforço de aceleração do comboio reduzindo assim a energia solicitada à rede. A redução da energia solicitada à rede, bem como a injetada na rede promove o chamado peak shaving. Após o desenvolvimento de uma simulação representativa do funcionamento do sistema de armazenamento, foi desenvolvido um protótipo laboratorial que é o foco desta dissertação.