Tese
Estudo e desenvolvimento de um sistema de energia baseado em célula a combustível para injeção de potência na rede elétrica
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Author
Avelar, Henrique José
Institutions
Abstract
This work presents the study and development of an alternative source of energy, composed
primarily of a fuel cell as the primary organ of generation, a full-bridge converter lift and a
single-phase PWM inverter. This source can operate in standalone mode, feeding local loads,
or connected to the grid. An electric model for the fuel cell is proposed, which considers
changes in temperature as a function of current at its terminals. This model was developed
from tests on a 1,2 kW fuel cell, using the identification by the least squares method with the
application of pseudo-random binary signals and optimization techniques. To study the
parallel connection with the electric grid is also presented a state space model of the PWM
inverter connected to the grid, using active power frequency (P×ω) and reactive power
voltage (Q×V) droops control scheme, including an additional feedback from the active power
variation on the inverter phase, which allows the analysis of the dynamics and stability of the
inverter connected to the grid. Simulation and experimental results are presented to validate
the models. Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais Doutor em Ciências Este trabalho apresenta o estudo e desenvolvimento de uma fonte alternativa de energia,
composta basicamente de uma célula a combustível, como órgão primário de geração, um
conversor elevador full-bridge e um inversor monofásico PWM senoidal. Esta fonte pode
operar de forma isolada, alimentando cargas locais, ou conectada à rede elétrica. É proposto
um modelo elétrico para a célula a combustível, o qual considera as variações de temperatura
em função da corrente em seus terminais. Este modelo foi desenvolvido a partir de ensaios em
uma célula a combustível de 1,2kW, utilizando a identificação pelo método de mínimos
quadrados com a aplicação de sinais binários pseudo-aleatórios e ferramentas de otimização.
Também é apresentado um modelo por espaço de estados do estágio inversor-rede, que utiliza
o controle via curvas características potência ativa versus frequência (P×ω) e potência
reativa versus tensão (Q×V), com realimentação adicional da variação de potência ativa na
fase do inversor, o qual permite análise da dinâmica e estabilidade do sistema inversor
conectado à rede elétrica. Resultados experimentais e de simulação são apresentados para a
validação dos modelos.