Distribuição local de energia em corrente contínua: estudo,desenvolvimento e implementação de um Protótipo deNanorrede c.c. dedicado aos setores residencial e comercial
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Marcelo Lobo Heldwein
Sérgio Augusto Oliveira da Silva
Seleme Isaac Seleme Junior
Porfirio Cabaleiro Cortizo
Lenin Martins Ferreira Morais
Sérgio Augusto Oliveira da Silva
Seleme Isaac Seleme Junior
Porfirio Cabaleiro Cortizo
Lenin Martins Ferreira Morais
Resumo
Em um cenario energetico marcado por uma crescente demanda de energia, esgotamento de recursos naturais e pela necessidade de se aumentar a conservacao de energia do setor eletrico, com maior penetracao de fontes renovaveis, surge uma tendencia mundialde reestruturacao do sistema eletrico em direcao a implementacao de redes inteligentes, ou Smart Grids, geracao distribuida e microrredes. Neste contexto, uma linha de trabalho promissora, voltada ao desenvolvimento de microrredes associadas a edificios comerciais e residenciais, ou nanorredes, busca adotar a distribuicao em corrente continua como padrao de distribuicao de energia em edifcios e com isso possibilitar uma melhora na efciencia energetica da instalacao, na integracao com fontes de geracao distribuida e com unidades de armazenamento. O presente trabalho de tese se insere nesta linha, descrevendo o projeto e desenvolvimento de um prototipo de nanorrede c.c. para os setores comercial e residencial. O trabalho elabora criterios construtivos e de protecao deste novo tipo de instalacao, discute a arquitetura do sistema de gerenciamento de energia, topologia e controle dos conversores estaticos associados a esta nanorrede e a sua analise de estabilidade. O trabalho descreve tambem uma tecnica inedita de gerenciamento do sistema de armazenamento local de energia da nanorrede, a qual promove a equalizacao do estado de carga entre unidades de armazenamento e o monitoramento do processo de carga e descarga do banco de baterias de cada unidade de forma simult^anea. Resultados experimentais sao apresentados a partirde um prototipo de 2kW implementado em laboratorio.
Abstract
In a scenario dominated by an increasing electricity demand, energy resources deple- tion and by the need for enhancing the energy conservation of the electrical grid and penetration of renewable resources into the energy matrix, the modernization of the elec- trical system infrastructure toward a more optimized, reliable and renewable standard, i.e., toward a Smart Grid with distributed microgrids, is shown to be an ongoing trend. In this context, a promising line of work, dedicated to the development of microgrids associated with commercial and residential buildings, also termed as nanogrids, seeks to enable the deployment of dc power distribution in buildings as a mean to promote higher energy efficiency, better integration with distributed renewable energy resources and storage devices. This thesis addresses the design and development of a dc nanogrid prototype for commercial and residential buildings applications. Design, dimensioning and protection criteria for this new electrical installation will be presented in this work, as well as a description of the nanogrid power management architecture, power converter topologies, control diagrams and stability analysis. A novel method for energy storage system mana- gement in dc nanogrids is also introduced, which provides simultaneously state-of-charge balancing among distributed energy storage units and monitoring of each battery bank charge/discharge process. The nanogrid behavior is investigated both through simulations and experimental results obtained in a 2kW prototype implemented the laboratory.
Assunto
Engenharia elétrica
Palavras-chave
Nanorredes, Geração distribuida, Armazenamento de energia, Distribuicão em cc, Microrredes, Estabilidade de sis-, temas cc