Programação SCSEP 2016

13 de Dezembro – terça-feira

8:00h – Abertura Oficial do Evento (Presidente SCSEP)


8:20h às 9:40hSessão Técnica 1: (Prof.  André Luís Kirsten)

8:20h – Microinversor conectado à rede para processamento de energia solar fotovoltaica (Gustavo Carlos Knabben)

A conexão de sistemas fotovoltaicos à rede elétrica comercial em aplicações residenciais está se tornando um segmento de grande crescimento no mercado de energias renováveis, principalmente na Europa, no Japão e nos Estados Unidos. No Brasil, a partir da aprovação da Resolução Normativa ANEEL nº 482/2012, a conexão de sistemas fotovoltaicos à rede elétrica tornou-se regulamentada, incentivando sua disseminação. Uma tendência no mercado de equipamentos para processamento de energia solar fotovoltaica é o chamado microinversor. Por ser capaz de conectar um único módulo à rede elétrica, possui vantagens referentes à modularidade e custo inicial de implantação. A consolidação deste tipo de equipamento nos mercados europeu e norte americado, e ausência no mercado brasileiro, o torna assunto de interesse para estudos acadêmicos e é tema deste trabalho.

8:40h – Conversor CC-CC Tipo T Paralelo Ressonante com Altas Tensões na carga (Delvanei Gomes Bandeira Junior)

Este trabalho investiga o uso da célula Tipo-T em conversores cc-cc isolados na versão paralelo ressonante, com foco em fontes chaveadas que operam com alta tensão na carga. Os benefícios obtidos com a solução estudada são semelhantes aos obtidos pelo conversor ponte completa paralelo ressonante, tais como comutação suave em todos os interruptores do enrolamento primário do transformador para ampla faixa de carga, tensão simétrica com três níveis aplicada ao enrolamento primário do transformador, integração da indutância de dispersão e da capacitância parasita do transformador na sua operação. Ainda, dois interruptores operam com metade dos esforços de tensão dos outros dois. Análise teórica, análise da comutação e exemplo de projeto são apresentados, considerando a aplicação em uma fonte chaveada com potência de 2 kW, 400V de tensão na entrada e tensões de saída da ordem de 10 kV.

9:00h – Micro Inversor em Estágio Único aplicado à Painéis Fotovoltaicos Interligados com a Rede Elétrica (Gabriel Beu Nogueira de Macedo)

Com a crescente demanda de energia elétrica e o forte avanço na preocupação com os impactos sócio ambientais, causados pela matriz energética convencional, estudos têm sido feitos na busca por incorporar a geração renovável à rede elétrica. Neste pensamento, a energia photovoltaica ganhou enfoque por sua flexibilidade de instalação e potencial de uso em grande e pequena escala. Os módulos fotovoltaicos AC vem para facilitar a instalação e melhorar o desempenho dos painéis sobre efeito de sombreamento, incorporando em um único produto painel e inversor. Neste trabalho, é proposto uma topologia de inversor para modulos photovoltaicos AC baseada na estrutura flyback em modo descontínuo (DCM). Nesta estrutura é prevista um circuito de desacoplamento para substituir os capacitores eletrolíticos pelos de filme, bem como um filtro de saída de maior ordem para reduzir as dimensões do conversor.

9:20h – Caracterizador elétrico de módulos fotovoltaicos utilizando o conversor CC-CC cúk (Thiago Antonio Pereira)

Neste artigo apresenta-se uma metodologia utilizada para projetar um conversor Cúk de 300 W que opere como caracterizador elétrico de módulos fotovoltaicos. O protótipo projetado é de fácil operação, portátil e permite a transferência das grandezas medidas (tensão, corrente, irradiância solar e temperatura) a um computador pessoal, por meio de comunicação serial. A partir destas grandezas são traçadas as curvas I-V e P-V e extraídos os cinco parâmetros que descrevem o circuito elétrico equivalente do módulo fotovoltaico ensaiado. De posse destes parâmetros, é possível replicar o comportamento do módulo fotovoltaico em ambiente de simulação, sob quaisquer condições de irradiância solar e temperatura. A fim de validar a precisão do caracterizador desenvolvido, as curvas I-V e P-V por meio dele obtidas são comparadas com as provenientes do traçador Profitest PV, fabricado pela empresa alemã Grossen Metrawatt.


9:40h às 10:10h – Coffee Break


10:10h às 11:50hSessão Técnica 2 : (Prof. Telles Brunelli Lazzarin)

10:10h – Família de retificadores boost híbridos monofásicos com alto ganho e alto fator de potência (Julio Cesar Dias)

Este trabalho propõe uma família de retificadores Boost unidirecionais com alto ganho, esforços de tensão reduzidos nos interruptores e correção de fator de potência. Os conversores propostos se baseiam na integração entre retificadores Boost convencionais e a célula multiplicadora de tensão ladder a capacitor chaveado. O alto ganho em tensão com estresse de tensão reduzido sobre os interruptores permite o uso de interruptores mais rápidos e de menor custo. O retificador Boost híbrido é apresentado com o indutor posicionado antes da ponte de diodos e, alterando a célula de comutação, duas novas estruturas bridgeless são obtidas. As estruturas apresentam robustez devido à sua estratégia de modulação e controle e são controladas para obter fator de potência próximo à unidade. Serão apresentadas as estruturas propostas, princípio de funcionamento, estratégia de controle e resultados experimentais para a validação das análises teóricas.

10:30h – Sistema de Conversão Estática para Geração Solar Fotovoltaica Aplicado a uma Microrrede Inteligente (Gustavo Andres Finamor)

Este trabalho tem por objetivo apresentar um sistema de conversão estática, formado por conversores eletrônicos de potência, para geração solar fotovoltaica, fundamentado para aplicação de uma microrrede inteligente. São abordados aspectos relativos a configuração da microrrede, organização da instalação fotovoltaica, sistema de conversores CC-CC, rastreamento da máxima potência fotovoltaica e controle orientado a regulação da tensão do barramento CC. Além disso, são mostrados resultados experimentais, explorando os diversos modos de operação que o sistema contempla.

10:50h – Conversor CC/CC de alto ganho com divisão de esforços de corrente no estagio de entrada (Sérgio Luis Brockveld Junior)

Neste artigo é proposto um conversor CC/CC de alto ganho com divisão de esforços de corrente no estágio de entrada. Este conversor foi idealizado com base na topologia Boost-Flyback ao qual tem como principal característica alto ganho de tensão, pelo fato de possuir n saídas em série. Por apresentar alta corrente na entrada do conversor, devido à baixa tensão nesse estágio de potência, é então proposta a divisão de corrente na entrada através da técnica de interleaved, isto é, utilizar n conversores em paralelo. A conexão em paralelo na entrada possibilita a divisão de correntes entre os semicondutores, diminuindo as perdas do conversor. Para a análise do conversor é desenvolvida a modelagem estática e dinâmica obtendo a função de transferência do conversor para posterior realização do projeto de controladores. Além disso, são apresentados o projeto, as simulações e os resultados experimentais do conversor operando em malha fechada para uma potência de 1,2 kW.

 11:10h – Conversor modular flyback de duas chaves na conexão ISOS: análise dinâmica do mecanismo de auto-equilíbrio das tensões (Mauro André Pagliosa)

Este trabalho apresenta a análise dinâmica do mecanismo de auto-equilíbrio da conexão modular ISOS de conversores do tipo flyback de duas chaves. O estudo propõe que os conversores flyback de duas chaves na conexão modular ISOS têm a habilidade de auto-equilibrar as tensões de entrada e saída no modo de condução contínuo (CCM). Esta característica do conversor proporciona a simplicidade e a redução de custo na conexão modular desta topologia quando comparada a solução com múltiplas malhas de controle. Resultados de simulação e experimentais evidenciam a característica proposta.

11:30h – Inversor monofásico abaixador/elevador do tipo Buck-Boost (Andreas Mattos Pratto Correa)

Este trabalho apresenta uma nova topologia para conversores de tensão CC-CA baseada no conversor buck-boost, tendo como principal característica a possibilidade fornecer uma tensão de saída superior ou inferior a de entrada. Tal topologia consiste na geração de tensões alternadas defasadas em 180° e com mesmo valor médio a partir de dois conversores buck-boost bidirecionais. A tensão de saída do sistema é então a diferença entre as tensões de saída dos dois conversores. Com isso obtêm-se uma tensão senoidal sem nível médio cujo valor de pico é proporcional ao valor da tensão de entrada do conversor. Para comprovar o funcionamento do sistema foi desenvolvido um protótipo de 1kW, com tensão de entrada constante de 140V, tensão eficaz de saída de 220V, frequência fundamental de saída de 60Hz comutando a 60kHz.


 11:50h às 13:00h – Almoço (Não incluso)


13:00h às 14:00hPalestra (Prof.  André Luís Kirsten)

Transformador de estado sólido


14:00h às 15:20hSessão Técnica 3 : (Prof. Gierri Waltrich)

14:00h – Conceito de dispositivo para V2H (Lucas Stéfano de Souza Pelegrino)

Este trabalho apresenta um conceito para um dispositivo de gerenciamento de energia para um veículo elétrico (VE), cujo objetivo é utilizar a bateria do VE como fonte de energia em caso de falta da rede elétrica e enviar energia para corrigir pequenas perturbações. Diferentemente do utilizado na literatura, é proposto um sistema utilizando conversores unidirecionais externos ao veículo, fazendo uso da conexão direta à bateria disponível em conectores combo. Simulações numéricas foram desenvolvidas para validar o conceito.

14:20h – Retificador Monofásico SEPIC Dobrador de Tensão com Reduzidos Esforços de Tensão Sobre seus Semicondutores (Paulo Junior Silva Costa)

Este trabalho propõe o estudo analítico de um retificador PWM monofásico, o qual é concebido a partir do retificador SEPIC DCM clássico. Uma comparação com o retificador SEPIC convencional evidencia que, embora utilize elementos adicionais, o conversor proposto pode fornecer reduzidos esforços de tensão sobre seus semicondutores para um mesmo nível de tensão de saída, ou pode fornece o dobro do ganho de tensão de saída para os mesmos esforços de tensão sobre seus semicondutores. O referido retificador apresenta ainda como características: a corrente drenada do sistema alimentador segue naturalmente, sem demandar um sistema de controle, o formato de sua respectiva tensão; reduzido conteúdo harmônico na corrente de entrada e elevando fator de potência. Objetivando validar os estudos teóricos desenvolvidos são apresentados os resultados experimentais obtidos a partir de um protótipo, o qual foi elaborado a partir das seguintes especificações: tensão de entrada de 220 V, tensão de saída de 400 V, potência de saída de 1000 W, frequência de chaveamento de 50 kHz e razão cíclica de 0,35. Como resultados foram obtidos: eficiência máxima de 95,81, THD de 2%, e fator de potência de 0,9997. O ganho duplo de tensão e os reduzidos esforços de tensão sobre os seus semicondutores foram constatados.

14:40h – Compensação da tensão de carga para VSI Monofásico dual mode (Diogo Duarte Kenski)

Uma aplicação de geração distribuída típica (DG) só opera o modo conectado à rede, por razões de segurança. Recentemente, mudanças no marco legal brasileiro autorizaram a operação ilhada desde que desconectado da rede. Este artigo apresenta um VSI LCL que pode operar em ambos em modo conectado ou isolado, comutando esuavemente entre os mesmos. O sistema proposto foi projetado para operar com cargas não-lineares para ambos os seus modos, atuando como um filtro ativo em modo conectado à rede ou compensando, através de uma estratégia de capacitor virtual, a queda de tensão no indutor de saida modo ilhado.

15:00h – Fonte de alimentação auxiliar regulada em 24 V alimentada por um barramento de 3 kV (Neilor Colombo Dal Pont)

Este trabalho consiste no desenvolvimento de uma fonte de alimentação de 24V±2%, alimentada em 3000V±40%, 200W de potência e 10,2kV de isolação. O projeto de pesquisa foi desenvolvido com uma empresa parceira, com aplicação em trens. A solução proposta pela equipe do INEP conta com três estágios de potência, os quais são: um estágio é a Capacitor Chaveado, responsável em dividir a tensão de entrada por 10; um estágio Forward, responsável em fazer o isolamento de 10,2kV e uma pré-regulação da tensão; e um estágio Buck, responsável em regular a tensão de saída em 24V±2%. Além dos circuitos de potência, a solução conta com uma fonte de alimentação auxiliar para o circuito com referência no primário, composta por um conversor Flyback, um circuito de partida, que utiliza uma bateria, uma fonte de alimentação auxiliar (Max5035) para o circuito com referência no secundário e o desenvolvimento de tranformadores de pulsos planares com isolação de 6 kV aplicados no estágio de potência. Resultados experimentais foram obtidos para validação proposta.


15:20h às 16:00h – Coffee Break


16:00h às 17:40hSessão Técnica 4 – Prof.  Arnaldo José Perin

16:00h Conversor CC-CC de Alto Ganho com Compartilhamento da Corrente de Entrada Empregando Modulação Phase-Shift (Victor Ferreira Gruner)

Este artigo tem como objetivo a apresentação de um conversor cc-cc capaz de lidar com fontes de baixa tensão e elevada corrente de entrada. A topologia proposta é baseada em uma configuração de conversores Forward com entradas conectadas em paralelo e saídas conectadas em série. A referida configuração permite um compartilhamento natural da corrente de entrada e gera um elevado ganho estático para o conversor. Mediante a aplicação de uma modulação phase-shift adequada para o acionamento dos interruptores, há a possibilidade de redução do volume dos componentes que compõem os filtros de entrada e saída da estrutura. O estudo realizado neste trabalho inclui: a análise das etapas de operação, as formas de onda teóricas, as principais equações que regem o funcionamento do conversor, a modelagem do conversor orientada ao controle, bem como a estratégia de controle empregada. Por fim são determinados alguns parâmetros de projeto para que todas as afirmações e equacionamentos sejam comprovados e validados via simulações.

16:20h – Conversor dual active bridge CA-CA com porta em meia ponte para transformadores de estado sólido (Lucas Lapolli Brighenti)

Este trabalho apresenta uma topologia de conversor de estado sólido caracterizado por permitir a conversão direta ca-ca por meio de um barramento alternado modulado em alta frequência. Tal topologia é obtida a partir de um conversor em ponte completa e de um em meia ponte, interligados pelos pontos intermediários dos braços, via transformador de alta frequência. O acionamento do conversor é realizado empregando-se modulação por deslocamento de fase, sendo que a potência transferida entre as portas é controlada pelo ângulo de defasagem entre os comandos dos interruptores de cada ponte. Além de permitir fluxo bidirecional de potência, a topologia possibilita a utilização da indutância de dispersão do transformador como elemento de transmissão de energia e requer reduzido número de componentes passivos. Por estas características, torna-se vantajosa quando aplicada em redes inteligentes. A validação da operação do conversor proposto é realizada tanto por simulação quanto experimentalmente, a partir de um protótipo de 600 VA.

16:40h – Inversores Forward em modo de condução contínua conectados à rede elétrica (Gabriel Grunitzki Facchinello)

Esse trabalho propõe duas novas topologias de inversores conectados à rede elétrica baseados na topologia Forward. Tratam-se de conversores com entrada em tensão e saída em corrente, característica que os torna aplicáveis em sistemas de injeção de energia na rede elétrica através de fontes renováveis. Nesse caso, as estruturas baseadas no conversor Forward operam no modo de condução contínua, proporcionando capacidade de rastreamento do MPP da fontes geradoras e injeção de corrente com fator de potência elevado na rede elétrica. Essas características são obtidas com base em um controle rápido da corrente injetada e um controle lento da tensão do barramento cc de entrada. Resultados de simulação e experimentais corroboram o funcionamento e as características teóricas analisadas.

17:00h –  Conexão e controle de conversores CC-CC com as saídas em paralelo, voltados ao processamento de energia elétrica proveniente de gerações fotovoltaicas (Frederico Costa dos Santos)

O trabalho consiste no estudo e implementação da conexão de três conversores cc-cc com as saídas ligadas em paralelo em um barramento cc, visando o processamento de energia elétrica proveniente de arranjos fotovoltaicos distintos. Os conversores utilizados no trabalho são três Boosts, cada um projetado para 2 kW de potência nominal, e tensão de saída 400 V. Contudo, a não idealidade dos componentes e a variações nas condições de geração, podem resultar em circulação de correntes indesejadas entre os conversores e a instabilidade do sistema. Para viabilizar o funcionamento adequado do sistema, utilizou-se três estratégias de controle diferentes, com o objetivo de compará-las na prática, nos quesitos modularidade, eficiência, complexidade e confiabilidade. A primeira estratégia utilizada, chamada de Droop, é implementada à nível local, e tem como principais vantagens a modularidade, robustez e simplicidade, e como desvantagem, apresenta uma baixa regulação de tensão. A segunda estratégia chama-se Mestre-escravo, é implementada a partir de uma central de controle e tem como vantagem a eficiência do controle, no entanto, apresenta baixa robustez. Já a terceira, o controle hierárquico, apresenta um bom compromisso entre a robustez, e a eficiência do controle, e é implementada a partir de controle local em conjunto a uma central de controle.

17:20h – Sistema de conversão de energia eólica de alta eficiência utilizando o conversor delta tipo-T e minimização das perdas da máquina baseada em modelo (Luiz Carlos Gili)

Este trabalho apresenta o estudo de características que permitem elevar o rendimento de um sistema de conversão de energia eólica, dividido em três parte principais: estudo da máquina, do conversor e de uma estratégia de modulação escalar. A primeira parte se concentra na modelagem da máquina e na implementação de uma estratégia de minimização das perdas elétricas. A segunda apresenta uma topologia três-níveis com inserção de interruptores em delta do lado CA, a qual acresce a quantidade de vetores redundantes no espaço vetorial, permitindo escolher sequências de comutação que reduzam as emissões de modo comum ou as perdas por condução dos interruptores, gerando elevado rendimento. Por fim, o estudo trata de uma estratégia de modulação escalar que pode ser utilizada tanto em retificadores e inversores como em sistemas em back-to-back três-níveis, eliminando a ondulação de tensão de baixa frequência originada pela corrente de ponto central e as consequentes perdas geradas. Um protótipo de 10 kW contendo o conversor da topologia estudada e um conversor CC que faz a ligação com uma fonte CC, sendo os dois baseados em dispositivos de SiC, foi construído para validar a análise teórica e para realizar a conexão de uma máquina de imãs permanentes, emulando um aerogerador. Resultados experimentais são apresentados, validando a análise teórica.


17:40h – Encerramento Oficial do SCSEP 2016 (Supervisor do INEP)

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