Dissertação

{en_GB=Partial Shading Microgeneration with Energy Storage} {} EVALUATED

{pt=Recentemente têm-se verificado grandes desenvolvimentos na produção descentralizada de eletricidade, em particular nos sistemas com microgeradores fotovoltaicos. O principal objetivo desta tese é desenvolver e implementar uma unidade de produção para autoconsumo (UPAC) com armazenamento de energia e capaz de funcionar sob condições de ensombramento. Esta UPAC é desenvolvida com microgeradores fotovoltaicos ligados a um sistema de armazenamento de energia e com interligação à rede. Esta UPAC deve ser capaz de alimentar uma carga trifásica localizada numa zona rural. Assim, é proposto uma estrutura de painéis fotovoltaicos e desenvolvidos todos os conversores de potência e controladores necessários para gerir a energia envolvida neste sistema. De forma a maximizar a energia extraída dos painéis é usado o algoritmo de backstepping, e no controlo do inversor é aplicado um controlo baseado num modulador sinusoidal de largura de impulso (SPWM). É também desenvolvido um sistema de armazenamento de energia que é carregado durante as horas de maior radiação solar e descarregado quando o conjunto de painéis não é suficientemente irradiado para produzir a potência necessária na carga. Para além disto, é também definido um conjunto de regras para gerir o trânsito de energia no sistema. A UPAC proposta, controladores e regras são implementados no Matlab/Simulink. São definidos diferentes cenários de modo a validar o sistema, incluindo condições de ensombramento. Assim, são analisadas as curvas da potência injetada pelos painéis, a potência da carga, a potência da rede e ainda o estado de carga da bateria. , en=The production of electricity through distributed generation has been facing significant developments over the last years, in particular the systems which use photovoltaic (PV) microgenerators. The main goal of this thesis is to design and implement a self-consumption production unit (UPAC – Unidade de Produção para Autoconsumo) able to operate with energy storage and under partial shading conditions (PSC). The UPAC under study operates with PV microgenerators with the integration of an energy storage system (ESS) and grid-connection. This system must supply a three-phase load located in a rural area. Therefore, it is proposed the PV structure and the design of power converters and controllers required to manage the energy involved in the system. To maximize the power extracted from the PV the backstepping algorithm is used while the three-phase inverter is controlled using sinusoidal pulse width modulation (SPWM). An ESS is developed to charge during the hours of higher solar radiation and discharge when the PV array is not able to provide the load power demand. Furthermore, a set of rules are proposed to perform the system energy management. The proposed UPAC, controllers and rules are implemented and simulated in Matlab/Simulink. Different case studies are carried out to validate the system both without considering shading and under PSC. Based on that, the PV power injected, load power demand, grid power and the battery state of charge are analysed. }
{pt=Painel fotovoltaico, UPAC, Armazenamento de energia, Ensombramento, Gestão de energia, en=Photovoltaic, UPAC, Energy storage, PSC, Energy management}

Outubro 9, 2020, 9:0

Publicação

Obra sujeita a Direitos de Autor

Orientação

ORIENTADOR

José Fernando Alves da Silva

Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores (DEEC)

Professor Catedrático