Capítulo 4: Modelagem do Controlador de Carga de Baterias Baseado no
4.3 Resultados de Simulação
O circuito de simulação, desenvolvido através do emprego do programa PSCAD 4.5, é ilustrado na Figura 60.
Figura 60 - Circuito elétrico representativo do conversor CC-CC bidirecional em corrente.
Fonte: produção da própria autora
A fonte de corrente controlada Ipv representa a corrente gerada pelo sistema fotovoltaico e a resistência R a carga a ser alimentada pela microrrede. Conforme apresentado no Capítulo 3, uma fonte de tensão CC pode ser inserida em paralelo com a carga para representar a conexão com a rede. A chave brk atuará conectando e desconectando o sistema da rede elétrica, ou seja, para essa simulação, inserindo ou retirando a fonte de tensão CC.
A etapa buck, responsável pelo carregamento do banco de baterias pode operar com o sistema fotovoltaico isolado ou conectado à rede elétrica. Na Figura 61 mostram-se as formas de onda da tensão 𝑉𝑐𝑐 e da corrente 𝐼𝑏𝑏 obtidas na simulação durante a etapa Buck com o sistema fotovoltaico conectado à rede de distribuição. Neste modo o inversor é o responsável pelo controle da tensão do barramento CC.
Na Figura 62 mostram-se as formas de onda da tensão 𝑉𝑐𝑐 e da corrente 𝐼𝑏𝑏 obtidas na simulação durante a etapa buck com o sistema fotovoltaico desconectado da rede elétrica de distribuição. Neste modo de operação o conversor CC-CC bidirecional em corrente tem a função de controlar a tensão do barramento CC. Na Figura 63 apresentam-se detalhes da forma de onda da corrente 𝐼𝑏𝑏.
Capítulo 4: Modelagem do Controlador de Carga de Baterias Baseado no
Conversor CC-CC Bidirecional Reversível em Corrente
Figura 61 - Gráfico das formas de onda da tensão Vcc e da corrente Ibb durante a etapa Buck com o sistema
fotovoltaico conectado à rede CA.
Fonte: produção da própria autora
Figura 62 - Gráfico das formas de onda da tensão Vcc e da corrente Ibb durante a etapa Buck com o sistema
fotovoltaico desconectado da rede CA.
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Capítulo 4: Modelagem do Controlador de Carga de Baterias Baseado no
Conversor CC-CC Bidirecional Reversível em Corrente
Figura 63 - Detalhe da forma de onda da corrente Ibb durante a etapa Buck com o sistema fotovoltaico
desconectado da rede CA.
Fonte: produção da própria autora
Na Figura 64 mostram-se as formas de onda da tensão 𝑉𝑐𝑐 e da corrente 𝐼𝑏𝑏 obtidas na simulação durante a etapa boost com o sistema fotovoltaico desconectado da rede elétrica de distribuição. Neste modo o conversor CC-CC bidirecional em corrente tem a função de controlar a tensão do barramento CC. Na Figura 65 apresentam-se detalhes da forma de onda da corrente 𝐼𝑏𝑏.
Figura 64 - Gráfico das formas de onda da tensão Vcc e da corrente Ibb durante a etapa Boost com o sistema
fotovoltaico desconectado da rede CA.
Capítulo 4: Modelagem do Controlador de Carga de Baterias Baseado no
Conversor CC-CC Bidirecional Reversível em Corrente
Figura 65 - Detalhe da forma de onda da corrente Ibb durante a etapa Boost com o sistema fotovoltaico
desconectado da rede CA.
Fonte: produção da própria autora
A Figura 66 apresenta o conversor CC-CC bidirecional em corrente operando em quatro modos diferentes. No primeiro modo, no intervalo de tempo de 0,5 a 1 segundo, o conversor CC-CC bidirecional opera no modo boost, que é quando a potência gerada pelo arranjo fotovoltaico é insuficiente para suprir a carga. A simulação mostra que a tensão 𝑉𝑐𝑐 pode ser restabelecida com a energia disponível no banco de baterias quando a energia gerada pelos painéis fotovoltaicos é insuficiente para alimentar a carga do sistema
No segundo modo, no intervalo de tempo de 1 a 1,5 segundos, a energia fornecida pelo arranjo fotovoltaico é suficiente para suprir a carga. Dessa forma, o conversor CC-CC bidirecional opera no modo buck desconectado da rede com a corrente 𝐼𝑏𝑏 quase nula.
No terceiro modo, no intervalo de tempo de 1,5 a 2 segundos, o conversor CC-CC bidirecional opera no modo buck desconectado da rede, que é quando a potência gerada pelo arranjo fotovoltaico é maior que o exigido pela carga. Pela simulação observa-se que a tensão 𝑉𝑐𝑐 pode ser restabelecida de forma que a energia excedente é transferida ao banco de baterias. No quarto modo, no intervalo de tempo de 2 a 2,5 segundos, o conversor CC-CC bidirecional opera no modo buck conectado à rede elétrica. Assim, a corrente 𝐼𝑏𝑏 é positiva e possui o valor nominal de carga 𝐼𝑏𝑏 = 20 𝐴. Na simulação mostra-se que a tensão 𝑉𝑐𝑐 é estabelecida pelo conversor que faz interface com a rede.
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Capítulo 4: Modelagem do Controlador de Carga de Baterias Baseado no
Conversor CC-CC Bidirecional Reversível em Corrente
Figura 66 - Formas de onda da tensão Vcc e da corrente Ibb.
Fonte: produção da própria autora.
4.4 Considerações Finais
Neste capítulo apresentou-se a modelagem do controlador de carga de Baterias baseado no conversor CC-CC bidirecional reversível em corrente. Foi visto que o modo de operação
Buck é acionado quando a microrrede estiver conectada ao sistema elétrico ou, no modo isolado,
quando estiver gerando mais potência do que consumindo. Já o modo de operação Boost é utilizado quando a microrrede estiver operando no modo isolado e não puder suprir a demanda da carga, dessa forma, a bateria fornece energia para a carga. Por fim, as malhas de controle de cada modo de operação foram apresentadas e os parâmetros dos controladores utilizados foram obtidos pelo método do Diagrama de Bode.
No próximo capítulo será apresentado a modelagem do Conversor CC-CA conectado à Rede CA em baixa tensão.