Otimização de projeto de conversores CC-CC baseados em redes de impedância do tipo Fonte-Y por meio do método de pontos interiores com barreira logarítmica
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Data
2022-09-01
Orientador
Gonçalves, Flávio Alessandro Serrão 
Coorientador
Pós-graduação
Engenharia Elétrica - FEB
Curso de graduação
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Tese de doutorado
Direito de acesso
Acesso aberto
Resumo
Resumo (português)
A crescente utilização de cargas que operam em corrente contínua aliada aos avanços nas tecnologias de eletrônica de potência, possibilitaram o interfaceamento com sistemas de armazenamento de energia e fontes de energia renováveis impulsionando a utilização de conversores CC-CC de elevado ganho e rendimento em microrredes CC. Neste cenário, os conversores empregando redes de impedância vêm chamando a atenção devido a sua flexibilidade operacional e capacidade de obtenção de ganhos elevados. Assim, este trabalho apresenta contribuições no estudo de conversores CC-CC baseados em redes de impedância do tipo fonte-Y considerando a otimização de seu projeto por meio do método de pontos interiores com barreira logarítmica, ainda não explorada na literatura. Foram exploradas diferentes combinações de configurações de projeto do conversor relacionadas com a razão cíclica, fator de acoplamento K, tensão de entrada e potência de carga, para obtenção de condições de operação otimizadas. Especificamente, os processos de otimização das operações buscaram como objetivo primário a obtenção do máximo ganho considerando o atendimento de restrições relacionadas com valores mínimos de rendimento e limites máximos de esforços de tensão e corrente permitidos na chave e diodos. Adicionalmente, também foram efetuados estudos de otimização considerando pontos operacionais específicos relacionados com ganhos de tensão fixos, em diferentes faixas de potência e tensão de entrada, equivalentes a diferentes arranjos de módulos fotovoltaicos. A implementação dos métodos de otimização e as estimativas das grandezas elétricas baseadas nos modelos matemáticos do conversor não ideais foram efetuadas por meio do software MATLAB®. Por fim, com o objetivo de ratificar as configurações de projeto estabelecidas na otimização, simulações computacionais foram realizadas no software PSIM e resultados experimentais foram coletados em protótipo do conversor CC-CC fonte-Y para alguns pontos de operação. Tal conversor se mostrou viável para integração de fontes renováveis de energia, sendo uma opção com flexibilidade para atingir pontos operacionais por meio de diferentes configurações, que a depender da escolha otimizada do par razão cíclica e fator de enrolamento K pode diminuir o impacto das perdas no rendimento e possibilitar a obtenção de ganhos razoáveis com pequenos valores de razão cíclica.
Resumo (inglês)
The growing use of loads that operate in direct current combined with advances in power electronics technologies, made possible the interfacing with energy storage systems and renewable energy sources, boosting the use of DC-DC converters with high gain and efficiency in DC microgrids. In this scenario, converters using impedance networks have been drawing attention due to their operational flexibility and ability to obtain high gains. Thus, this work presents contributions to the study of DC-DC converters based on Y-source impedance networks considering the optimization of their design through the interior point method with a logarithmic barrier, not yet explored in the literature. Different combinations of converter design configurations related to duty cycle, coupling factor K, input voltage, and load power were explored to obtain optimized operating conditions. Specifically, the operations optimization processes sought as a primary objective to obtain the maximum gain considering the fulfillment of restrictions related to minimum performance values and maximum limits of voltage and current efforts allowed in the switch and diodes. Additionally, optimization studies were also carried out considering specific operational points related to fixed voltage gains, in different power and input voltage ranges, equivalent to different arrangements of photovoltaic modules. The implementation of optimization methods and the estimation of electrical quantities based on mathematical models of the non-ideal converter were carried out using MATLAB software. Finally, to ratify the design configurations established in the optimization, computer simulations were performed in PSIM software and experimental results were collected in a prototype of the Y-source DC-DC converter for some operating points. The converter proves to be viable for the integration of renewable energy sources, being an option with the flexibility to reach operating points through different configurations, which, depending on the optimized choice of the duty cycle and winding factor K, can decrease the impact of losses in the yield and make it possible to obtain reasonable gains with small values of the duty cycle.
Descrição
Idioma
Português