Conversor de energia para estação de carregamento de veículos elétricos puros por meio de transmissão de energia elétrica sem fio
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Data
2020-11-06
Autores
Ganzenmüller, William Hertz
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
O papel dos veículos com tração elétrica no cenário mundial vem passando por transformações nas últimas décadas, representando uma solução econômica e ambientalmente viável para diversos problemas que atingem o mundo. As condições do restabelecimento para a carga completa nos sistemas de armazenamento dos veículos elétricos afetam a usabilidade e flexibilidade na mobilidade tornando as estações de carregamento essenciais. Por outro lado, a evolução dos sistemas de energia, especialmente na concepção de redes inteligentes de energia, vem fomentando a possibilidade da integração dos sistemas de armazenamento presentes nos VE (Veículos Elétricos) não apenas como carregamentos distribuídos, mas como novas fontes de energia para auxiliar na tarefa da gestão energética por meio da integração provida pelas estações de carregamento. Do ponto de vista do estágio de entrada de interface com a rede elétrica nas estações de carregamento, os desafios operacionais estão relacionados com a melhoria da compatibilidade e flexibilidade, em virtude dos diferentes padrões de conexões físicas. Enquanto os desafios energéticos, estão relacionados com a obtenção de um sistema que apresente rendimento elevado, fator de potência elevado, em conformidade com as normas de limitação de conteúdo harmônico de corrente e, além disso que seja habilitado para operação bidirecional em redes elétricas inteligentes. Neste cenário, este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma estação de carregamento para veículos com tração elétrica alimentados a bateria (EVSE), considerando a transmissão de energia elétrica com e sem fios, e, operação de forma bidirecional. A EVSE proposta possui características operacionais singulares, considerando três diferentes modos de operação: convencional de carregamento, gerador distribuído ilhado e gerador distribuído conectado. O modo de carregamento permite a transferência de energia sem fio para o veículo elétrico. Os modos de operação como gerador distribuído, envolvem a operação de forma ilhada (não conectado à rede de energia) alimentando uma carga CA e a operação conectada à rede provendo a injeção controlada de potência ativa e reativa. Por fim, com o objetivo de validar as análises teóricas, metodologias de projeto e demonstrar a operação da EVSE proposta, nos três diferentes modos de operação, são apresentados resultados de simulações computacionais desenvolvidas em ambiente PSIM.
The role of vehicles with electric traction on the world stage has been undergoing transformations in recent decades, representing an economically and environmentally viable solution to several problems that affect the world. The conditions for reestablishing the full charge in the vehicle's storage systems affect the usability and flexibility in mobility making the charging stations essential. On the other hand, the evolution of energy systems, especially in the design of intelligent energy networks, has been promoting the possibility of integrating the storage systems present in EVs (Electric Vehicle) not only as distributed loads, but as new sources of energy to assist in the task of energy management through integration provided by charging stations. From the point of view of the electric network interface with the charging stations' entry stage, the operational challenges are related to improving compatibility and flexibility, due to the different standards of physical connections. While the energy challenges, are related to obtaining a system that presents high efficiency, high power factor, compliance with current harmonic content limitation standards and enabled for bidirectional operation in smart grids. In this scenario, this work presents the development of a charging station for vehicles with battery powered electric traction (EVSE), considering the transmission of electric energy with and without wires, and operation in a bidirectional way. The proposed EVSE has unique operational characteristics, considering three different modes of operation: conventional charging, isolated distributed generator and connected distributed generator. The charging mode allows wireless energy transfer to the electric vehicle. The modes of operation as a distributed generator, involve the operation in an isolated manner (not connected to the power grid) feeding an AC load and the operation connected to the grid providing the controlled injection of active and reactive power. Finally, in order to validate the theoretical analysis, design methodologies and demonstrating the proposed EVSE operation, in the three different modes of operation, results of computer simulations developed in the PSIM environment are presented.
The role of vehicles with electric traction on the world stage has been undergoing transformations in recent decades, representing an economically and environmentally viable solution to several problems that affect the world. The conditions for reestablishing the full charge in the vehicle's storage systems affect the usability and flexibility in mobility making the charging stations essential. On the other hand, the evolution of energy systems, especially in the design of intelligent energy networks, has been promoting the possibility of integrating the storage systems present in EVs (Electric Vehicle) not only as distributed loads, but as new sources of energy to assist in the task of energy management through integration provided by charging stations. From the point of view of the electric network interface with the charging stations' entry stage, the operational challenges are related to improving compatibility and flexibility, due to the different standards of physical connections. While the energy challenges, are related to obtaining a system that presents high efficiency, high power factor, compliance with current harmonic content limitation standards and enabled for bidirectional operation in smart grids. In this scenario, this work presents the development of a charging station for vehicles with battery powered electric traction (EVSE), considering the transmission of electric energy with and without wires, and operation in a bidirectional way. The proposed EVSE has unique operational characteristics, considering three different modes of operation: conventional charging, isolated distributed generator and connected distributed generator. The charging mode allows wireless energy transfer to the electric vehicle. The modes of operation as a distributed generator, involve the operation in an isolated manner (not connected to the power grid) feeding an AC load and the operation connected to the grid providing the controlled injection of active and reactive power. Finally, in order to validate the theoretical analysis, design methodologies and demonstrating the proposed EVSE operation, in the three different modes of operation, results of computer simulations developed in the PSIM environment are presented.
Descrição
Palavras-chave
Conversores de corrente elétrica, Energia elétrica Transmissão, Indução eletromagnética, Veículos elétricos