6 CONSIDERAÇÕES FINAIS 115 6.1 PUBLICAÇÃO REALIZADA EM CONGRESSO
6.2 SUGESTÕES PARA INVESTIGAÇÕES FUTURAS
5.5.2 Resultado experimental conectado ao banco de baterias Controle de corrente I bat
Durante o controle para manter a corrente drenada das baterias constante Ibat= 11 A
é apresentada na Figura 5.11 a curva dinâmica característica de descarga da bateria. No- vamente, ao passo que a tensão nas baterias foi diminuindo, a tensão no barramento tam- bém diminui, pelo fato da corrente manter-se estabilizada em torno do valor designado pelo projetista. Os valores lidos na captura de tela do osciloscópio são apresentados na legenda conforme as curvas adquiridas, como valor inicial a descrição (a) e final (b), sendo
Vcc(a) = 390,9 V e Vcc(b) = 343,2 V, Vbat(a) = 52,73 V e Vbat(b) = 44,39 V, Ibat(a) = 11,23 A
e Ibat(b) = 11,26 A.
Figura 5.11 – Resultado da descarga do banco de baterias com controle de corrente cons- tante no banco de baterias Ibat= 11 A.
Tensão Barramento Tensão Bateria Corrente Bateria
Início Fim
Vcc
Vbat
Ibat
Fonte: Autor.
As baterias foram descarregadas até atingir o nível final de tensão Vbat(b) = 44,39 V
114 5 Estudo de caso experimental
Observa-se que a corrente permanece estabilizada em torno de 11 A até atingir a capaci- dade máxima para captura de tela do osciloscópio. Conclui-se que o tempo de descarga total até Vcutoff é maior que 9000 s.
5.6 CONCLUSÃO DO CAPÍTULO
Os resultados experimentais apresentados neste capítulo mostraram a atuação do conversor DAB operando nos transitórios e em regime permanente de acordo com a te- oria construtiva apresentada no capítulo 3. Nos primeiros resultados o conversor estava conectado à uma fonte de tensão CC, que apresentava os mesmos requisitos do arranjo de baterias. A proposta inicial era verificar os valores de operação em malha aberta, uma carga resistiva Rcc= 320 Ω foi conectada na saída do conversor para medir a tensão
nos seus terminais, onde Pmed= 500 W, o ângulo medido nas tensões de ondas quadra-
das entre o primário e o secundário do transformador manteve-se em média de 21◦. A corrente ILdab no processo de descarga apresentou forma de onda semelhante a corrente
teórica mostrada no capítulo 3. Na sequência, para validar os controladores projetados foram aplicados diferentes distúrbios, no controle da tensão do barramento aplicou-se um degrau de -20 % em Vcc∗ para verificar o rastreamento da tensão e em um segundo mo- mento aplicou-se um degrau na carga resistiva de -25 % então pode-se avaliar a dinâmica da atuação do controlador projetado. Para a verificação do controle de corrente constante a ser drenada da bateria aplicou-se um degrau de 30 % em Ibat∗ então foi analisado curva durante o rastreio da corrente de referência conforme o degrau aplicado. O resultado do processo final de descarga do banco de baterias como título dessa dissertação mostrou a dinâmica das curvas de tensão no barramento, tensão e corrente nas baterias. O controla- dor de tensão conseguiu atuar mantendo Vcc em 400 V até a descarga total das baterias,
como consequência houve diminuição da tensão das baterias e a ação de controle exigiu drenar mais corrente do arranjo, Ibat final 16,41 A, para compensar na saída de Vcc. Já o
controlador da corrente Ibat conseguiu atingir maior duração de carga nas baterias, pelo
fato de manter constantemente Ibat em 11 A, prolongando o tempo de descarga do arranjo.
Como consequência a tensão no barramento Vcc foi diminuindo ao passo que a tensão nas
baterias foi reduzindo.
Em todos os testes designados foram obtidos resultados conforme o esperado, então para o processo de descarga das baterias deve ser escolhido o tipo de controle conforme a necessidade da aplicação, visto que para ambos os casos o resultado experimental dos controles aconteceram na prática.
Inicialmente fez-se um breve levantamento do panorama energético mundial apre- sentando os recursos que são mais utilizados para geração de energia, seguido da análise do panorama nacional brasileiro com ênfase na matriz elétrica, tendo perspectivas cres- centes devido aos programas de incentivos a geração de energia elétrica a partir de fontes renováveis e também a inclusão de veículos elétricos que utilizam o sistema elétrico de potência para carga das baterias. Um dos motivos que levou ao estudo do conversor DAB aplicado à descarga das baterias é o fato que um montante de VE conectados ao sistema elétrico podem também suprir a demanda de energia elétrica em horários de pico.
Em sistemas capazes de armazenar energia elétrica a partir da geração residencial ou comercial apresentou-se brevemente os principais acumuladores de energia que são utilizados para esse tipo de aplicação, sendo a bateria para sistemas com demanda de potência durante longos períodos de duração e os supercapacitores para sistemas de curto período de duração com alta densidade de potência.
Para embasar o modo de adequação dos níveis de diversos sistemas que podem ser interconectados, foram apresentados conversores CC-CC capazes de gerenciar e controlar uma ou mais entradas de tensão. Dentro desta análise foi apresentado o conversor DAB e escolhido para aplicação dentro do contexto de conversores que levam em consideração na topologia transformador de alta frequência isolado eletricamente.
A utilização do conversor DAB foi designada para processar a energia da descarga de baterias, sendo apresentados os principais modelos de baterias que podem ser utilizados para representar a dinâmica curva durante a simulação de descarga.
Na análise e dimensionamento do conversor DAB foram apresentadas as 4 distintas etapas de operação no fluxo reverso de energia, mostrando a forma de onda da corrente do indutor auxiliar de dispersão Ldab alocado no lado primário do transformador. Também
pode ser vista que a inclusão do indutor Lbat para filtro de corrente da bateria não tem
impacto significativo na tensão do barramento, mas sim traz valiosos benefícios à corrente de carga e descarga, uma vez que o indutor de filtro é capaz de atenuar oscilações na corrente durante esses processos vindo a prolongar a vida útil das baterias, uma vez que estas agregam alto custo ao sistema.
Para a estratégia de comutação foi apresentada de forma simplificada a modulação utilizada Phase-Shift e também analisada a faixa de operação sob ZVS para não haver perdas significativas durante a comutação. Entre esses parâmetros e outros elementos passivos que são designados para fazer parte do projeto físico do conversor, todos foram avaliados e testados durante o funcionamento do DAB.
A análise funcional durante as etapas de operação do conversor foi feita para o levantamento do modelo matemático que rege o funcionamento do circuito elétrico, então adquiridas as funções de transferências, pode-se validar os modelos. Após a análise do
116 6 Considerações Finais
diagrama de bode das FT’s em malha aberta no domínio da frequência projetou-se dois controladores PI para serem utilizados em momentos distintos de acordo com requisitos de carga, ambos com intuito de descarregar baterias. No projeto de controle da tensão no barramento a especificação era manter a tensão constante em 400 V e no projeto de con- trole da corrente mantinha-se a corrente drenada da bateria constante em 11 A. Como as baterias apresentam resposta dinâmica lenta, a frequência de cruzamento do ganho para ambos os controladores foi escolhida em 10 Hz mantendo alto ganho em baixas frequên- cias. Também é de importante observação que a ação de controle rápida traria alguns problemas no funcionamento do conversor, como altos picos de corrente nos interruptores para compensação dos distúrbios e também rápida saturação do ângulo de fase δ, uma vez que acima de 45oo DAB opera gerando potências reativas consideráveis ao sistema.
Por fim, na parte experimental de funcionamento do conversor DAB implementado em escala reduzida de potência, onde nos primeiros resultados em malha aberta verificou- se os valores nominais de atuação, apresentando a forma de onda da corrente no indutor auxiliar de dispersão Ldabe o defasamento entre as tensões nos terminais do transformador.
Logo após a malha foi fechada para verificar a integridade dos controladores. No controle de tensão do barramento CC aplicou-se um degrau na tensão de referência e um distúrbio na carga conectada que simula o barramento CC. No controle de corrente da bateria aplicou-se um degrau na corrente de referência. Pode-se verificar a dinâmica de atuação dos controladores em ambos os casos, conseguindo atingir o objetivo de manter os níveis constantes. Para os resultados finais o banco de baterias foi conectado, no controle de tensão o barramento foi mantido em torno de 400 V até a descarga das baterias, tensão
Cutoff, levando aproximadamente 7800 s. No controle de corrente as baterias forneceram
corrente em torno de 11 A até a descarga parcial do banco, uma vez que atingiu o limite da captura de tela do osciloscópio, levando mais de 9000 s de duração.
6.1 PUBLICAÇÃO REALIZADA EM CONGRESSO
COSTA, P., LöBLER, P., CARVALHO, L., et al. (2018). CONVERSOR DAB APLICADO À CARGA DE BANCO DE BATERIAS EM UMA MICRORREDE COM GERAÇÃO FOTOVOLTAICA. In VII Congresso Brasileiro de Energia Solar-CBENS 2018.
6.2 SUGESTÕES PARA INVESTIGAÇÕES FUTURAS
Concluído o projeto do conversor e incluindo novas perspectivas de utilização, são sugeridas as seguintes análises:
• Averiguar minuciosamente o tempo de atuação do controlador da tensão no barra- mento CC para o conversor aderir as especificações técnicas de hold-up time quando conectado a rede elétrica;
• Adicionar uma única estratégia de controle para conseguir realizar a bidirecionali- dade do fluxo de energia, conseguindo ora manter o barramento CC constante e ora carregar as baterias.
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