Simulação em tempo real com hardware in the loop para análise e controle de conversores eletrônicos de potência

Abstract

A crescente necessidade de redução das emissões de carbono e de aumento da sustentabilidade energética tem impulsionado o uso de conversores eletrônicos de potência (CEPs) na integração de fontes renováveis às redes elétricas. Esses dispositivos permitem a conversão eficiente de energia entre diferentes níveis de tensão e corrente, sendo fundamentais para o avanço dos sistemas de energia modernos. Entretanto, o desenvolvimento de novas estratégias de controle para CEPs requer validações experimentais, as quais enfrentam desafios relacionados à complexidade dos sistemas, segurança e limitações de recursos. Como alternativa, destaca-se o uso da Prototipagem Rápida de Controle (PRC) associada à Simulação em Tempo Real com Hardware-in-the-Loop (HIL), que possibilita acelerar o processo de desenvolvimento e validação de controladores, reduzindo erros de implementação e garantindo comportamento dinâmico semelhante ao sistema físico. Este trabalho propõe uma metodologia estruturada para o desenvolvimento e validação de estratégias de controle aplicadas a conversores eletrônicos de potência utilizando o simulador em tempo real OPAL-RT 5700 em conjunto com o controlador digital de sinais F28379D, visando facilitar a implementação e avaliação de técnicas avançadas, incluindo abordagens preditivas como o Finite Control Set Model Predictive Control (FCS-MPC).

The growing need to reduce carbon emissions and improve energy sustainability has driven the use of power electronic converters (PECs) in the integration of renewable energy sources into electrical grids. These devices enable efficient energy conversion between different voltage and current levels, playing a fundamental role in the advancement of modern energy systems. However, the development of new control strategies for PECs requires experimental validation, which faces challenges related to system complexity, safety, and resource limitations. As an alternative, Rapid Control Prototyping (RCP) combined with Real-Time Simulation using Hardware-in-the-Loop (HIL) has emerged as an effective approach to accelerate the development and validation of controllers, reducing implementation errors and ensuring dynamic behavior similar to that of physical systems. This work proposes a structured methodology for the development and validation of control strategies applied to power electronic converters using the OPAL-RT 5700 real-time simulator in conjunction with the F28379D digital signal controller, aiming to facilitate the implementation and evaluation of advanced techniques, including predictive approaches such as Finite Control Set Model Predictive Control (FCS-MPC).