Tema da Tese: Desenvolvimento de Soluções para Compensação de Problemas de Qualidade de Energia Elétrica com Base em Conversores Fonte de Corrente
Autor: Bruno Fernandes Exposto
Programa Doutoral: Engenharia Eletrónica e de Computadores (PDEEC) na Especialidade em Eletrónica de Potência e EnergiaOrientador (a): João Luiz Afonso e José Gabriel Oliveira Pinto
Data de Defesa: 13/12/2018

Resumo:
A qualidade da energia elétrica é um fator extremamente importante para a competitividade das indústrias e para a redução de custos relacionados com as falhas que ocorrem nas instalações e nos equipamentos elétricos. Além disso, a qualidade da energia também é um fator decisivo para a melhoria da eficiência dos equipamentos e do sistema elétrico e para a redução da fatura energética. Os fenómenos mais comuns que afetam o sistema elétrico são: harmónicas de tensão e de corrente, sobretensões, subtensões, interrupções de alimentação, flutuações de tensão, micro-cortes, transitórios e ruído nas tensões, bem como desequilíbrios das tensões e das correntes. Com o intuito de responder aos problemas de qualidade da energia, têm sido investigados e desenvolvidos diversos tipos de condicionadores ativos de potência. Estes condicionadores ativos de potência podem ser do tipo paralelo, efetuando o condicionamento das correntes elétricas e a compensação de problemas de qualidade de energia elétrica relacionados com as correntes. Além disso existem outros do tipo série, que são colocados em série com a rede elétrica, corrigindo as tensões da rede elétrica. Finalmente existe uma forma integrada do tipo paralelo-série, que permite integrar as funcionalidades dos outros dois condicionadores já referidos. Os condicionadores ativos do tipo paralelo-série têm como uma de suas vantagens o facto de o condicionador paralelo poder trocar energia com o condicionador série, conferindo-lhes capacidade de compensação de alguns problemas de qualidade de energia em regime permanente, sem necessidade de uma fonte de energia externa. O condicionador unificado de qualidade de energia (Unified Power Quality Conditioner – UPQC) é um tipo de condicionador ativo que pode fazer a compensação das harmónicas das tensões da rede elétrica, desequilíbrios das tensões, sobretensões e subtensões, e compensação das harmónicas e desequilíbrios das correntes da carga ao mesmo tempo e de forma integrada. O UPQC permite ainda fazer a compensação de baixo fator de potência.

Esta tese trata do estudo e desenvolvimento de um condicionador ativo de potência inovador, que integra conversores do tipo fonte de corrente e fonte de tensão para a compensação de problemas da qualidade da energia nos sistemas elétricos. No decurso deste trabalho foi desenvolvido um condicionador ativo paralelo baseado numa topologia de conversor fonte de corrente. Além disso foi desenvolvido um condicionador ativo série baseado numa topologia fonte de tensão, e finalmente um conversor CC-CC isolado de alta-frequência inovador que faz a interface entre os dois condicionadores ativos. Os condicionadores e o conversor CC-CC isolado foram integrados de forma a se construir o condicionador unificado de qualidade de energia proposto, com recurso a tecnologia própria da Universidade do Minho. As principais inovações do equipamento desenvolvido são a integração de conversores, um do tipo fonte de tensão e outro do tipo fonte de corrente, no mesmo UPQC, beneficiando das vantagens de cada tipo de conversor. Além disso, a interface entre os dois condicionadores ativos de potência é efetuada por meio de um conversor CC-CC isolado de alta-frequência inovador, eliminando a necessidade da utilização de transformadores de baixa frequência na ligação da rede elétrica com o condicionador ativo série. Este conversor permite ainda a transferência bidirecional de energia entre os condicionadores ativos. Desta forma podem ser reduzidos os custos dos UPQCs, ao mesmo tempo que é maximizado o seu desempenho. Uma outra contribuição consiste numa técnica de comutação inovadora aplicada ao conversor CC-CC isolado.

Além disso, foi ainda estudado e desenvolvido um sistema de supervisão de atividade com aprendizagem automática, que a partir das condições da rede elétrica realiza o ajuste automático dos parâmetros de operação do UPQC desenvolvido, de forma a otimizar em tempo real o seu desempenho e eficiência. O sistema de supervisão integra mecanismos de reconhecimento e proteção que detetam problemas, tais como ressonâncias, curto- circuitos e falhas dos conversores do UPQC. Este sistema de supervisão atua de forma a proteger o UPQC, as cargas e a rede elétrica.
No decurso deste trabalho foram ainda realizados diversos ensaios de forma a validar a nova topologia de UPQC proposta, bem como os algoritmos de controlo e as técnicas de comutação desenvolvidas. Estes ensaios incluíram ainda a avaliação do desempenho dos conversores e do sistema de supervisão de atividade.