Search

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Sistemas de eletrônica de potência eficientes e confiáveis a longo prazo são um dos próximos grandes desafios no setor de energia. A eficiência e a confiabilidade do conversor de potência são elementoschave para expandir a capacidade instalada de fontes de energia renováveis e devem ser levadas em consideração na estimativa de processamento anual de energia e em suas fases de projeto. Assim, para maximizar o rendimento energético, reduzir custos e aumentar o lucro por geração de energia, um conversor de potência deve ser projetado de acordo com as características específicas do sistema e de seu perfil energético. Tomando como estudo de caso sistemas fotovoltaicos, a potência instantânea fornecida depende de vários fatores, como irradiância solar, temperatura ambiente, orientação e tipo de montagem do painel, eficiência das células solares, entre outros. Esta tese de doutorado visa contribuir com este tópico propondo uma nova e abrangente metodologia de projeto multiobjetivo para a seleção de capacitores em conversores de potência, com base no perfil de missão energética e ambiental em que o sistema irá operar. Para atingir esse objetivo, um método de caracterização do perfil da missão foi desenvolvido para permitir ao projetista um conjunto de informações sobre o comportamento de longo prazo de uma usina fotovoltaica. Além disso, para realizar uma análise de longo prazo do desempenho do conversor de energia, é feita uma modelagem eletro-térmica e de vida útil dos capacitores que atuam como buffer de energia, em função das condições variáveis das condições ambientais e do processamento de energia. Os resultados de um inversor fotovoltaico de estágio único são apresentados e discutidos com os seguintes objetivos: 1) entender como os diferentes perfis de missão afetam o desempenho dos conversores de potência e 2) como usar esse conhecimento para projetar adequadamente os capacitores com uma visão de longo prazo. Uma ferramenta de projeto de várias etapas é desenvolvida para atingir esse objetivo, onde o custo, o volume e a confiabilidade de vários projetos de banco de capacitores podem ser avaliados rapidamente pelo designer. Para demonstrar ainda mais a utilidade desta ferramenta de projeto proposta, também são apresentados análises e resultados de um segundo estudo de caso, onde os mesmos passos são utilizados para projetar os capacitores do DClink de uma fonte ininterrupta de potência de dupla conversão. Long-term effective and reliable power electronics systems are one of the next big challenges in the energy sector. Power converter’s efficiency and reliability are key elements for expanding renewable sources installed capacity and should be taken into account in annual power processing estimation and in its design phases. Thus, in order to maximize energy yield, reduce costs, and increase revenues by power generation, a power converter must be designed according to the specific system characteristics and its energy profile. Considering photovoltaics (PV) systems as a case study, the instantaneous power delivered is dependent on several factors, such as solar irradiance, ambient temperature, module orientation and mounting type, solar cell performance, among others. This Doctoral dissertation aims to contribute to this topic by proposing a comprehensive and novel multi-objective design methodology for designing capacitors in power converters, based on the energy and environmental mission profile in which they will operate. To achieve this goal, a mission profile characterization method was developed in order to enable the designer with a set of information about the long-term behavior of a PV power plant. Also, in order to enable the long-term analysis of power converter performance, an electro-thermal and lifetime modeling of energy buffer capacitors are done in the function of varying conditions of both ambient levels and energy processing. Results for a single-stage PV inverter are presented and discussed with the following objectives: 1) to understand how different mission profiles affect the performance of power converters and 2) how to use this knowledge in order to properly design the capacitors on a longterm view. A multi-step design tool is developed to reach this goal, where cost, volume, and reliability of multiple capacitor bank designs can be quickly evaluated by the designer. To further demonstrate the usefulness of this proposed design tool, analyses and results of a second case study are also presented, where the DC-link capacitors of a double-conversion uninterruptable power supply are designed.