Conversores multiportas com acoplamento magnético aplicados a transformadores de estado sólido

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Santos, Walbermark Marques dos
Data de Publicação: 2016
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: https://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/174286
Resumo: Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2016.
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spelling Conversores multiportas com acoplamento magnético aplicados a transformadores de estado sólidoEngenharia elétricaConversores de corrente elétricaEletrônica de potênciaTransformadores elétricosTese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2016.Neste trabalho apresentam-se algumas propostas de estruturas conversoras com potencial aplicação como Solid State Transformer (SST), ou Transformadores de Estado Sólido (em português) para microrredes cc e/ou ca. As estruturas possuem como características comuns a utilização de transformadores (o que garante isolação galvânica e fácil adequação de tensão entre cargas e fontes) e a capacidade de modularidade. Algumas estruturas propostas também apresentam a capacidade de acomodar sistemas de acumulação de energia, o que favorece sua utilização também como UPS ou como SST que auxiliam o black-start do sistema a que estão conectados.Inicialmente é apresentada uma revisão das principais topologias de SST encontradas na literatura que possuem isolação galvânica. Após, faz-se uma generalização matemática do conversor Multi Active-bridge (MAB) monofásico, propondo-se uma nova metodologia para controle da tensão nas portas de conversores pertencentes a essa família. Prosseguindo, apresenta-se uma nova família de conversores cc-cc derivados de conversor Dual Active Bridge (DAB) e Triple Active Bridge (TAB), ambos já bastante conhecidos na literatura. Essa família proposta apresenta a capacidade de poder interligar redes cc-cc bipolares e monopolares e/ou fornecerem dois níveis de tensão diferentes às cargas conectadas em suas saídas. Dentro dessa família, é estudado, simulado e testado de forma experimental o conversor denominado de DAB+DAB. Após, é proposta uma nova família de conversores ca-ca com link magnético de alta frequência. Esses conversores, encaixados na categoria Tipo A de SST, também são derivados dos conversores da família MAB. Em particular, apresenta-se o conversor DAB ca-ca com ponto médio. Este conversor é um DAB ca-ca, porém, devido ao ponto médio no transformador possui quatro portas, nas quais podem ser conectadas cargas ou fontes. Apesar de possuir o dobro de portas do DAB convencional, a tensão na carga é controlada usando apenas uma única variável de controle. Também é analisado e testado experimentalmente o DAB ca-ca misto. Os resultados obtidos em bancada corroboram as análises teóricas. Finalizando o trabalho, são propostas duas arquiteturas conversoras que se enquadram na categoria tipo D de SST. Essas estruturas possuem link magnético de alta frequência. O atrativo dessas estruturas são sua capacidade de interligar redes ca-ca monofásicas e/ou trifásicas e terem a capacidade de acomodar sistemas de acumulação de energia. Destaca-se também que a interligação do link magnético da arquitetura chamada de D1 possibilita o fornecimento de potência às cargas ligadas nas portas, mesmo se uma das fontes falhar. A estrutura tipo D1 é simulada, destacando também sua capacidade de quase equalizar as correntes de entrada quando alimentando cargas desequilibradas.<br>Abstract : This work present converter structures with the potential to be used as Solid-State Transformers applied in dc or ac microgrids. These structures possess common features to transformers e.g. galvanic isolation and voltage adaptation (making easy the voltage adequacy between sources and loads), besides it presents modularity. Some of the depicted structures are also able to accommodate energy storage systems, which favors its utilization as an UPS or as black-start support systems, when interfaced with the electric gird.Initially, a literature review of the main topologies with galvanic isolation is presented. After that, a mathematical generalization of the single phase MAB is performed and a new port-voltage control methodology is proposed. A new family of converters derived from the well-known DAB (Dual Active Bridge) and TAB (Tripple Active Bridge) is presented. The proposed family can be employed to interconnect unipolar to bipolar grids or to provide two different voltage levels to its output loads. Within this family, the converter herein named as DAB+DAB is studied, simulated and experimentally tested. Then a new ac-ac converter family is proposed. This family can be classified as type A SST?s and are derived from the MAB as well. Particularly, the ac-ac DAB with midpoint connection is depicted. This converter is an ac version of the DAB, however due to it midpoint connection it presents four ports in which sources or loads can be connected. Despite of having twice as many ports than a conventional DAB, the load voltage is controlled using only one control variable. Moreover, the ac-ac DAB mixed is also analyzed and experimentally tested. All results confirm the theoretical analysis.Finalizing the present work, two more type D architectures are proposed. These architectures have high-frequency magnetic links and stand-out by its ability to interconnect single or three-phase ac-ac grids and interface energy storage systems.It is also worth mentioning the magnetic link herein named as D1, which allows power to be delivered to the load even if one phase of the systems is missing. Besides that, it has the capacity of almost equalize the input currents when supplying unbalanced loads.Martins, Denizar CruzUniversidade Federal de Santa CatarinaSantos, Walbermark Marques dos2017-03-28T04:12:45Z2017-03-28T04:12:45Z2016info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis287 p.| il., grafs., tabs.application/pdf344669https://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/174286porreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2017-03-28T04:12:45Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/174286Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732017-03-28T04:12:45Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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