Fonte ininterrupta de energia de dupla conversão com integração de energia fotovoltaica

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Prado, Edemar de Oliveira
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
dARK ID: ark:/26339/0013000007283
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Santa Maria
Brasil
Engenharia Elétrica
UFSM
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Centro de Tecnologia
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.ufsm.br/handle/1/31807
Resumo: This work presents topologies and designs for the integration of photovoltaic systems with a double-conversion uninterruptible power supply (UPS). Based on the literature review, two topologies are derived and selected for evaluation and design. Topology 1 connects the photovoltaic system to the UPS DC bus without the use of interface converters, operating with a variable DC bus voltage. For designing Topology 1, a method is developed to select the suitable number of panels to be used in series, considering the panel model used, and the environmental mission profile. Additionally, an energy management algorithm is proposed to track the maximum power point of photovoltaic generation and ensure the hold-up time, introducing the concept of dynamic hold-up time. An application is developed for system design and return on investment evaluations, with the main metric being the return on investment over the federal funds rate. Topology 2 employs non-isolated DC-DC converters, boost, buck, or buck-boost, as interfaces between the photovoltaic system and the DC bus, operating with a constant DC bus voltage. The topology designs are evaluated considering component optimization techniques, with objectives of efficiency, cost, and volume. The design of each converter covers a range of panels in series for greater versatility. An application is developed for evaluating the return on investment over the federal funds rate. Among the evaluated converters, the boost converter exhibited a broader operating range compared to the buck and buck-boost converters, making it preferable for use in the studied UPS. Using a string of panels, Topology 1 presented the best return on investment. The return on investment over the federal funds rate with a boost converter with 11 and 12 panels in series and with a buck converter across the entire evaluated range is similar to the return on investment over the federal funds rate obtained with Topology 1, resulting in returns on investment 60% higher than the federal funds rate. The return on investment over the federal funds rate using a buck-boost converter is on average 14.31% lower compared to Topology 1.
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Additionally, an energy management algorithm is proposed to track the maximum power point of photovoltaic generation and ensure the hold-up time, introducing the concept of dynamic hold-up time. An application is developed for system design and return on investment evaluations, with the main metric being the return on investment over the federal funds rate. Topology 2 employs non-isolated DC-DC converters, boost, buck, or buck-boost, as interfaces between the photovoltaic system and the DC bus, operating with a constant DC bus voltage. The topology designs are evaluated considering component optimization techniques, with objectives of efficiency, cost, and volume. The design of each converter covers a range of panels in series for greater versatility. An application is developed for evaluating the return on investment over the federal funds rate. Among the evaluated converters, the boost converter exhibited a broader operating range compared to the buck and buck-boost converters, making it preferable for use in the studied UPS. Using a string of panels, Topology 1 presented the best return on investment. The return on investment over the federal funds rate with a boost converter with 11 and 12 panels in series and with a buck converter across the entire evaluated range is similar to the return on investment over the federal funds rate obtained with Topology 1, resulting in returns on investment 60% higher than the federal funds rate. The return on investment over the federal funds rate using a buck-boost converter is on average 14.31% lower compared to Topology 1.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESEste trabalho apresenta topologias e projetos para integração de sistemas fotovoltaicos em uma fonte ininterrupta de energia (uninterruptible power supply, UPS) de dupla conversão. Com base na revisão bibliográfica, duas topologias foram derivadas e selecionadas para avaliação e projeto. A Topologia 1 conecta o sistema fotovoltaico ao barramento CC da UPS sem utilização de conversores de interface, e opera com barramento CC variável. Nos projetos para a Topologia 1, é desenvolvido um método para selecionar o número adequado de painéis a serem utilizados em série, considerando o modelo de painel utilizado e o perfil de missão de geração. Também é proposto um algoritmo de gerenciamento de energia para rastrear o ponto de máxima potência da geração fotovoltaica e garantir o hold-up time, introduzindo o conceito de hold-up time dinâmico. Um aplicativo foi desenvolvido para projeto do sistema e para avaliações de retorno do investimento, tendo como principal métrica o retorno do investimento sobre a taxa de juros federal (taxa de atratividade). A Topologia 2 utiliza conversores CC-CC não isolados boost, buck ou buck-boost, para interface entre o sistema fotovoltaico e o barramento CC, esta opera com barramento CC constante. Os projetos são avaliados considerando técnicas de otimização dos componentes, cujas funções objetivo são rendimento, custo e volume. O projeto de cada conversor é realizado para abranger uma faixa de painéis em série, visando maior versatilidade. Para avaliações de retorno do investimento, um aplicativo foi desenvolvido. Dentre os conversores avaliados, o conversor boost apresentou maior faixa de operação em relação aos conversores buck e buck-boost, sendo preferível para utilização na UPS em estudo. Utilizando uma string de painéis, na operação com a Topologia 1 foi obtida a melhor taxa de atratividade. A taxa de atratividade com conversor boost com 11 e 12 painéis em série e com conversor buck em toda a faixa avaliada, foram similares à taxa de atratividade obtida com a Topologia 1, resultando em retornos do investimento 60% maiores em relação à taxa de juros federal. A taxa de atratividade utilizando conversor buck-boost foi em média 14,31 % menor em relação à Topologia 1.Universidade Federal de Santa MariaBrasilEngenharia ElétricaUFSMPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaCentro de TecnologiaPinheiro, José Reneshttp://lattes.cnpq.br/2333794966860226Sartori, Hamiltom ConfortinDamm, GilneyVenturini, William AlegranciJank, HenriquePrado, Edemar de Oliveira2024-04-22T13:10:23Z2024-04-22T13:10:23Z2024-03-02info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/31807ark:/26339/0013000007283porAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2024-04-22T13:10:23Zoai:repositorio.ufsm.br:1/31807Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/PUBhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.com||manancial@ufsm.bropendoar:2024-04-22T13:10:23Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false
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