Dissertação de mestrado em Engenharia Eletrónica e de ComputadoresA evolução das tecnologias associadas à mobilidade elétrica e a crescente obtenção de energia elétrica
a partir de fontes de energia renovável marcam o ponto de partida para uma transição energética mais
ecológica e sustentável. Logo, é necessário desenvolver novas tecnologias de conversores de eletrónica
de potência, ou otimizar topologias já existentes, que permitam revolucionar os processos de
carregamento de veículos elétricos, armazenamento de energia elétrica, otimizar o processo de
distribuição de energia elétrica aos consumidores e explorar conceitos de microrredes CA e CC. Posto
isto, esta dissertação assenta no desenvolvimento de um conversor full-controlled interleaved, que
permite realizar a interface entre a rede elétrica e um sistema de baterias de veículos elétricos, bem
como outros sistemas de armazenamento de energia. Os objetivos baseiam-se na otimização do processo
de distribuição de energia, na operação em modo bidirecional, na mitigação de problemas de qualidade
de energia elétrica e a integração com microrredes CA e CC. As topologias interleaved apresentam
inúmeras vantagens, em relação a outras topologias de conversores de eletrónica de potência, como a
divisão da corrente fornecida ao conversor pelos seus braços, permitindo diminuir o ripple da corrente à
entrada e saída do conversor e a redução das perdas na comutação dos semicondutores de potência.
O conversor full-controlled interleaved proposto nesta dissertação, é um sistema de eletrónica de potência
composto por duas topologias interleaved, CA-CC e CC-CC, que funcionam em diversos modos de
operação bidirecional. Este sistema utiliza uma técnica de controlo de corrente PI para controlar as
correntes do conversor CC-CC interleaved e a técnica de controlo de corrente preditivo para controlar as
correntes do conversor CA-CC. Para fazer a sincronização com a rede elétrica é utilizada o algoritmo de
enhanced phase locked loop (EPLL) e, para controlar a tensão no barramento CC, é utilizada uma técnica
de controlo PI. O software de controlo é implementado num DSP e o hardware referente ao sistema de
controlo e ao andar de potência do conversor foi integralmente desenvolvido no âmbito desta dissertação
e é implementado num único PCB. Por fim, é a realizada a validação experimental da topologia proposta,
segundo diversas condições de operação, de modo a provar o seu funcionamento para diferentes
potências de operação.The evolution of electric mobility and the increasing generation of electric energy from renewable sources
mark the starting point for a more ecological and sustainable energy transition. Therefore, it is necessary
to develop new power electronics converter technologies, or improve existing topologies, to optimize
electric vehicle charging processes, electric energy storage, the distribution of electric energy to
consumers, and explore concepts of AC and DC microgrids. In this dissertation, a full-controlled
interleaved converter is developed to interface between the electric grid and electric vehicle battery
systems, as well as other energy storage systems. The objective is to optimize the energy distribution
process bidirectionally, mitigate electric energy quality issues, and enable integration with AC and DC
microgrids. Interleaved topologies offer numerous advantages over other power electronics converter
topologies, such as dividing the current supplied to the converter by its arms, reducing current ripple at
the input and output of the converter, and reducing losses in power semiconductor switching, thereby
increasing efficiency.
The proposed full-controlled interleaved converter in this dissertation is a robust and efficient power
electronics system composed of two interleaved topologies, AC-DC and DC-DC, operating bidirectionally.
This system uses a PI current control technique to control the currents consumed by the interleaved DC DC converter and predictive current control technique to control the currents consumed by the AC-DC
converter. Enhanced phase-locked loop (EPLL) technique is used for synchronization with the electric
grid, and a PI control technique is used to control the voltage at the DC bus. The software is implemented
in the DSP microcontroller, and the hardware related to the control system and the power stage of the
converter is implemented on the same PCB. Finally, experimental validation of the proposed topology is
conducted under various operating conditions to prove its functionality for different power levels
