Embedded Files
Os esforços crescentes para combater as mudanças climáticas têm motivado nos últimos anos o aumento da adoção de BEV. O modo de operação de V2G pode reduzir significativamente a intermitência da demanda de energia dos carregadores de veículos elétricos usando a frota como um recurso de energia distribuída. Entretanto, operando sob tensão de rede distorcida, a estabilidade do sistema de controle do carregador de BEV pode ser comprometida.
Para resolver esse problema, existem trabalhos que propõe controles de potência direta com para um conversor do lado da rede do carregador de BEV. O controlador emprega conceitos de estabilidade para sistemas de tempo discreto para convergir as variáveis controladas para valores de referência, rejeitando distúrbios na tensão da rede. São realizados testes experimentais em uma bancada de trabalho de carregador de BEV para avaliar o desempenho do método de controle.
O modo de operação V2G pode reduzir significativamente a intermitência da demanda de energia dos carregadores de veículos elétricos usando a frota como um recurso de energia distribuída [34], [45], [52]. A integração da rede exige conversores de energia bidirecionais, incluindo um conversor DC/AC no lado da rede e um conversor DC/DC no lado da bateria. O controle individual garante que não haja acoplamento entre os conversores devido a diferenças constantes de tempo. Esta pesquisa se concentra no conversor DC/AC no lado da rede, com a bateria do BEV e o conversor DC/DC representados pela tensão do barramento DC.
O VSC com topologias de filtro passivo L, LC ou LCL é o conversor de energia mais comum usado no lado da rede dos carregadores de veículos elétricos. Neste estudo, foi utiliza a topologia de filtro L devido à sua implementação simples e excelente confiabilidade, conforme mencionado em [53].
O controle do conversor do lado da rede do carregador de BEV deve abordar simultaneamente a sincronização com a rede, rastreando as referências de potência ativa e reativa, mitigando as distorções harmônicas e os distúrbios internos e externos, o que retrata os principais desafios para os controles de VSC com carregadores de BEV [21]. O rastreamento de potência pode ser obtido usando a técnica DPC (Direct Power Control), na qual o modelo da planta usa tanto a potência reativa quanto à ativa como variáveis de estado. O modelo DPC é usado em várias estruturas de controle, como a PI, PR, modos deslizantes, lógica difusa, realimentação de estados e MPC [5], [54], [55].
Além dos métodos de controle atuais, as abordagens de controle de torque e controle direto de potência foram implementadas usando estratégias de controle preditivo de FCS (Finte Control Set) encontradas na literatura [52], [56]. Em VSC, a técnica de controle de potência direta preditiva de conjunto finito usa um número restrito de estados de comutação para regular individualmente os componentes de potência real e reativa [57]. No entanto, as abordagens FCS normais geralmente não levam em conta os erros de quantização entre a tensão vetorial necessária e a tensão real gerada pelo conversor. Foram apresentadas funções de custo adaptáveis para obter um sinal de controle ideal; no entanto, provar a estabilidade assintótica é um desafio para o controle preditivo de modelo [58].
O conversor do lado da rede do SBCS com filtro L e o controle L–FCS proposto no quadro de rotação síncrona são apresentados na Figura 3 [59]. No modo de operação V2G, espera-se que a bateria do BEV forneça energia ao barramento DC por meio de um conversor DC/DC bidirecional, mantendo uma tensão constante ( ). O VSC trifásico gera a tensão de dois níveis , injetando assim a energia desejada na rede e regulando o fator de potência no barramento AC.
Figura 3 – Diagrama de controle.
O sistema de controle usa um PLL para sincronização com a fase da rede e, assim, converte as medições trifásicas da tensão e da corrente para o quadro de rotação dq por meio das transformações de Clarke e Parke. No quadro síncrono, os subíndices d e q representam os componentes reais e imaginários das variáveis, como o vetor de tensão da rede são representados por vetores com componentes d (reais) e q (imaginários). A fase estimada pelo PLL é orientada de modo que os componentes reais e imaginários de sejam e , respectivamente.
Dessa forma, a potência ativa P e a potência reativa Q injetadas na rede são obtidas por (1) e (2), supondo um sistema equilibrado.
Dado pela transformada de Clarke do vetor dentro do conjunto finito produzido pelos estados da chave do conversor S1, S2, S3.
A partir dos valores desejados de potência, utilizando técnicas de controle como PI ou preditivos, é possível determinar os valores de tensão para acionar o conversor para obter a potência desejada com o acionamento correndo das chaves do conversor. Deste modo, para analisar seu desempenho do ponto de vista prático, foi desenvolvido o protótipo de controlador de BEV apresentado na Figura 4.
Figura 4 – Protótipo do Controlador de SBCS.
Para exemplificar as análises realizadas, são apresentados na Figura 5, dois resultados obtidos no artigo [59], intitulado “Lyapunov–based Finite Control Set Applied to an EV Charger Grid Converter under Distorted Voltage”. Na Figura 5.a, é possível observar que foi aplicado o degrau de potência ativa, de 500W até 750W, e que a potência responde com um tempo de acomodação de 0,7ms com um sobressinal de 3,4%. A Figura 5.b apresenta a THD da corrente injetada na rede, onde pode-se observar que a máxima THD é de 0,5%. Assim, a valor medido de THD está dentro do limite de THD de corrente especificado na norma IEEE Std. 519–2014, que é de 0,5% [60].
Figura 5 – Resposta ao degrau de potência ativa (a) e THD da corrente injetada na rede (b)
A Figura 6 apresenta uma operação da bateria do veículo conectado a rede em um processo de descarregamento, onde o valor da bateria se inicia em 300V até 270V, emulando um processo do SoC [59]. É possível notar que em todo o período de descarregamento a potência foi mantida constante, tal processo é necessário para não danificar a bateria e aumentar a sua vida útil.
Figura 6 – Análise do descarregamento da bateria.
Os estudos produzidos durante o período em análise resultaram em uma nova abordagem para o controle preditivo de potência direta para um conversor do lado da rede de um carregador de veículos elétricos que opera como um recurso de energia distribuída.
O método de controle proposto usa os conceitos de controle para sistemas de tempo discreto e tem como objetivo convergir as variáveis de potência para o nível preciso necessário para abastecer a rede. O desempenho do sistema foi analisado experimentalmente em uma bancada de carregador de BEV usando referências de potência calculadas para compensar a distorção de tensão.
Os resultados mostraram que o controlador proposto é altamente eficaz na rejeição das distorções de tensão da rede, com apenas um pequeno aumento de 0,5 dB e 0,37% nas métricas ISE e THD, respectivamente. Isso garante que a qualidade da energia injetada na rede permaneça alta. Os experimentos também validaram a operação do carregador de BEV como um recurso de energia distribuída eficaz. O controlador manteve com sucesso o nível de energia para a rede, mesmo quando a tensão do barramento DC caiu 10% devido à descarga da bateria do BEV.
Os estudos realizados também englobaram uma comparação com o controlador PI clássico, o controlador proposto demonstrou um desempenho superior na qualidade da energia, conforme evidenciado por ISE e THD mais baixos. Além disso, ele também apresentou um melhor desempenho no regime transitório, com menor ultrapassagem e menor tempo de estabilização.
Page updated
Google Sites
Report abuse