escola de engenharia departamento de electrónica industrial grupo de eletrónica de...

Mestrado Integrado em Engenharia Eletrónica Industrial e Computadores

Escola de EngenhariaDepartamento de Electrónica Industrial

1

Grupo de Eletrónica de Potência e Energia


João L. [email protected]

Especialização em Electrotecnia e Sistemas de EnergiaGEPE - Grupo de Electrónica de Potência e Energia

http://www.gepe.dei.uminho.pt


2

GEPE - GRUPO DE ELETRÓNICA DE POTÊNCIA E ENERGIA


3

UC DE ESPECIALIZAÇÃO EM ELETROTECNIA E SISTEMAS DE ENERGIA

UCs da Especialização em Eletrotecnia e Sistemas de Energia

(ESE)

• Sistemas de Energia Elétrica (SEE)

• Complementos de Eletrónica de Potência (CEP)

• Qualidade de Energia Elétrica (QEE)

• Filtros Ativos de Potência (FAP)


4


- Revisão dos Conceitos Básicos utilizados na Análise de Sistemas de Energia:Sistemas Trifásicos e Metodologia Por Unidade, Modelos de Transformadores eMáquinas Síncronas.

- Produção de Energia Eléctrica: Centrais Hidroeléctricas, Centrais Térmicas,Centrais Nucleares.

- Transporte de Energia Eléctrica: Transporte de Energia Clássico, Transporte deEnergia em Corrente Contínua.

- Distribuição de Energia Eléctrica: Subestações, Protecção de Sistemas deDistribuição em Média Tensão, Distribuição em Baixa Tensão.

- Novas Tecnologias Aplicadas a Redes Eléctricas: Tecnologias de EnergiasRenováveis, Tecnologias Combinadas de Produção de Energia e Calor,Armazenamento de Energia.

- Sistemas Distribuídos de Produção de Energia.

- Sistemas Electrónicos de Potência para o Controlo dos Novos Sistemas Eléctricosde Energia

- O Custo da Electricidade

SISTEMAS DE ELÉTRICA – SEEDOCENTE: PROF. JOÃO SEPÚLVEDA


5


- Revisão: Máquinas Elétricas; Correção de Fator de Potência; Dispositivos deProteção; Fontes Comutadas.

- Modelagem de Componentes Eletrónicos; Transformadores de Instrumentação;Semicondutores de Potência; Condensadores (Tipos e Aplicações); ResistênciasTérmicas e Dissipadores.

- Choques Elétricos: Causas, Sintomas e Cuidados.

- Inversores de Eletrónica de Potência; Acionamentos de Velocidade Variável paraMáquinas Elétricas.

- UPSs (Unidades de Alimentação Ininterrupta), Sistemas de Geração deEmergência e Sistemas de Co-Geração.

- Supercondutores; Células de Combustível (Fuel Cells); Veículos Elétricos eHíbridos.

COMPLEMENTOS DE ELETRÓNICA DE POTÊNCIA – CEPDOCENTE: PROF. GABRIEL PINTO


6


- Qualidade de Energia Elétrica: Problemas, Normas, Sistemas de Monitorização,Soluções Tradicionais, Novas Soluções. Cuidados nas Instalações Elétricas.

- Análise dos Sistemas Elétricos Monofásicos e Trifásicos (equilibrados edesequilibrados), com e sem Harmónicos. Teoria das Potências Real e ImagináriaInstantâneas (Teoria p-q) aplicada ao entendimento dos problemas de Qualidadede Energia.

- Compatibilidade Eletromagnética.

- Qualidade de Energia Elétrica com a utilização de Fontes de Alimentação semInterrupção (UPSs) e Sistemas de Alimentação de Emergência.

- Qualidade de Energia Elétrica em sistemas com Acionamentos de VelocidadeVariável (ASDs) para Motores.

QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA - QEEDOCENTE: PROF. JOÃO SEPÚLVEDA


7


- Compensação de Reativos. Operação de Bancos de Condensadores na presença deHarmónicos. Compensação de Harmónicos. Filtros Passivos.

- Transporte de Energia em Corrente Contínua. Transporte e Distribuição de Energiaem Corrente Alternada.

- Compensadores Estáticos de Reativos do tipo RCT e CCT.

- Filtro Ativo de Potência Paralelo, Filtro Ativo de Potência Série, Unified PowerQuality Conditioner (UPQC), DVR, STATCOM.

- Inversores com Controlo de Tensão e de Corrente. Operação de Inversores comConversores de 2 e 3 níveis (Conversores Multinível).

- Teorias de Controlo de Filtros Ativos de Potência.

FILTROS ATIVOS DE POTÊNCIA - FAPDOCENTE: PROF. GABRIEL PINTO


8

MIEEIC – MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA ELETRÓNICA INDUSTRIAL E COMPUTADORES

Eletrotecnia e Instalações Elétricas

Máquinas Elétricas

Eletrónica de Potência

Especialização em Eletrotecnia e Sistemas de Energia

• Sistemas de Energia

• Complementos de Eletrónica de Potência

• Qualidade de Energia Elétrica

• Filtros Ativos de Potência

Projeto I

Projeto II

Energias Renováveis

Instalações Elétricas

DISSERTAÇÃO do MIEEIC

UCS COMPLEMENTARES


9

MIEEIC – SAÍDAS PROFISSIONAIS

Há Alunos do MIEEIC que fizeram a Especialidade ESE que trabalharam nas seguintes empresas: EFACEC EDP CEIIA - Centro para a Excelência e Inovação na Indústria Automóvel VISHAY - Fábrica de Condensadores BOSCH - Fábrica de Auto-rádios YAZAKI SALTANO - Fábrica de Componentes Elétricos para Automóveis POWER INTEGRATIONS - Desenvolvimento de Conversores de Eletrónica de Potência

(EUA)

PETROTEC FREZITE – Energia e Ambiente TESLA Motors – Europe Swissgrid (Suiça) Central Hidrelétrica de Cahora Bassa (Moçambique)

Bolseiros de Investigação na Universidade do Minho Alunos de Doutoramento na Universidade do Minho


10


ELECTRÓNICA

ENERGIA

CONTROLO

INFORMÁTICA

ESE

UC de Especialização em Eletrotecnia e Sistemas de Energia(Grupo de Electrónica de Potência e Energia)ESE


11


O Grupo de Eletrónica de Potência e Energia (GEPE) está integrado na Linha de Eletrónica Industrial do Centro Algoritmi.

O GEPE é constituído por Professores do Departamento de Eletrónica Industrial da Universidade do Minho, por Investigadores contratados e por estudantes de Mestrado e de Doutoramento.

Os principais interesses científicos do GEPE centram-se na aplicação da Eletrónica de Potência aos Sistemas de Energia. Têm sido realizados trabalhos de Investigação e Desenvolvimento relacionados com:

- Filtros Ativos de Potência

- Qualidade de Energia Elétrica

- Eficiência Energética

- Energias Renováveis

- Veículos Elétricos e Híbridos


12


Carlos Alberto C. M. Couto – Professor Catedrático

João Luiz Afonso – Professor Associado

Júlio M. Sousa B. Martins – Professor Associado

Manuel J. Sepúlveda Freitas – Professor Auxiliar

João Carlos Aparício P. Fernandes – Professor Auxiliar

José Gabriel Pinto – Professor Auxiliar Convidado

Vitor Monteiro – Aluno de Doutoramento

Delfim Pedrosa - Aluno de Doutoramento

Bruno Exposto – Aluno de Doutoramento

Manel Hlaili - Aluna de Doutoramento

Alunos de Mestrado


13

Acionamentos de Motores Elétricos

Qualidade de Energia Elétrica

Filtros Ativos de Potência

Energias Renováveis (Solar, Eólica, Micro Hídricas)

Veículos Elétricos

Acionamentos de Motores Elétricos

Smart Grids

Células de Combustível

Supercondutores e Levitação Magnética

Presente

ÁREAS DE INTERESSE DO GEPE


14



15

A Equipe de Investigação do GEPE está capacitada para o projeto e desenvolvimento de circuitos e conversores de Eletrónica de Potência. Diferentes tipos de conversores têm sido desenvolvidos, desde o estágio inicial de simulação até a construção final.

O Laboratório do GEPE está equipado com diferentes ferramentas de software e kits de desenvolvimento:

• PSIM Professional • PADS PCB Design

• PSCAD®/EMTDC™ • NI LabVIEW

• MATLAB®/Simulink® • Code Composer Studio™

• MPLAB® Integrated Development Environment

Developed Signal Conditioning board

Developed 80 A rms Power Electronics Converter



16

LABORATÓRIO DO GEPE


17

LABORATÓRIO DO GEPE


18

Signal Conditioning board

NO GEPE DESENVOLVEMOS O NOSSO HARDWARE …

IGBTs Command board

Power stages - 80 A rms IGBTs Converter


19


Digital Signal Controller DSC

DSC to IGBTs Gate Driver Interface Hall-Effect Voltage Sensors

DC-Link OvervoltageProtection


20


External ADCs board

DAC board


21

• PSIM Professional

• PSCAD®/EMTDC™

• MATLAB®/Simulink®

• Code Composer Studio™

• MPLAB® Integrated Development Environment

• PADS PCB Design

SOFTWARE DEVELOPMENT TOOLS


22

Projecto SINUS – Tecnologia para Compensação Dinâmica de Harmónicos, Factor de Potência e Desequilíbrios – DEMTEC/020/1/03

O Projecto SINUS tratou do desenvolvimento de protótipos de equipamentos demonstrados em funcionamento em 4 diferentes instalações (uma Indústria Têxtil, uma Indústria Farmacêutica, um Hospital e uma Universidade). Os equipamentos têm a função de Monitorizar os Consumos e a Qualidade de Energia Eléctrica, de Compensar os Harmónicos e os Desequilíbrios de Corrente, bem como de Corrigir o Factor de Potência. Numa das instalações o equipamento funciona simultaneamente como Interface de Fontes de Energia Renovável com a Rede Eléctrica.

PROJETOS CONCLUÍDOSPROJETOS

http://sinus-pq.com


23

Industrialização de Filtros Activos Trifásicos de Potência do Projecto SINUS pela EFACEC

Os Filtros Activos Paralelos Trifásicos da EFACEC permitem corrigir dinamicamente o factor de potência da instalação, bem como compensar os harmónicos e desequilíbrios de corrente, anulando a corrente no condutor neutro.A EFACEC já se encontra a comercializar estes Filtros Activos.

Filtro Activo Trifásico 100 AEFAPOWER-SINUS da EFACEC

instalado num clienteFiltro Activo Trifásico 150 A

EFAPOWER-SINUS da EFACEC

PROJETOS


24

UPQC-IM-REI – Condicionador Unificado para Qualidade de Energia com Monitorização Integrada e Interface para Energias Renováveis FCT - PTDC/EEA-EEL/104569/2008

• O projecto foca-se no desenvolvimento de Condicionadores Activos de Potência que identifiquem possíveis distúrbios na rede eléctrica e actuam de forma a melhorar a qualidade de energia do sistema.

• Baseia-se numa nova topologia sem transformador de um dispositivo electrónico UPQC (Unified Power Quality Conditioner). O UPQC é um condicionador eficaz, capaz de actuar directamente sobre os maiores problemas relacionados com a qualidade das tensões e correntes num sistema eléctrico.

• Sistema de controlo digital aperfeiçoado com um Monitorizador de Qualidade de Energia integrado e um Sistema de Supervisão e Proteção:

Registo permanente do desempenho e análise do seu comportamento para todos os distúrbios que ocorram no sistema eléctrico;

Ligação suave;

Protecção: do próprio sistema e do sistema eléctrico.

• Interface de fontes de energia renováveis com a rede eléctrica

• Interface com elementos armazenadores de energia para operar como backup em caso de falha da rede eléctrica.

PROJETOS


25

ECORAIL – Sistemas de Gestão e Armazenamento de Energia de Frenagem Regenerativa para Infra-Estruturas Metro-Ferroviárias (QREN)

• Projecto da EFACEC, em colaboração com o Metro do Porto, para desenvolvimento de sistemas de gestão e armazenamento de energia de frenagem regenerativa para infra-estruturas Metro-Ferroviárias, com a implementação de uma instalação-piloto numa infra-estrutura real.

• No âmbito deste projecto são da responsabilidade do GEPE – Universidade do Minho as

seguintes tarefas:

Tarefa 1: Estudo da Situação Actual da Rede de Tracção do Metro do Porto

Tarefa 2: Avaliação de Possíveis Soluções e dos Ganhos Energéticos delas Decorrentes

Tarefa 3: Selecção de Sites para Testes dos Pilotos

Tarefa 4: Validação das Soluções

EuroTram Conversor de Potência do EuroTram

PROJETOS


26

Projeto “Assessment and Development of Integrated Systems for Electric Vehicles” – Projeto MIT-Pt/EDAM-SMS/0030/2008

• Este projecto pretende contribuir para o desenvolvimento de veículos sustentáveis como parte de uma estratégia de desenvolvimento de novos paradigmas de mobilidade. Assim, esta candidatura inclui projectos distintos baseados em parcerias específicas entre empresas industriais e centros tecnológicos de investigação.

• No âmbito deste projecto são da responsabilidade do GEPE da Universidade do Minho as seguintes tarefas:

Tarefa 4: Laboratory Implementation and Testing of the Energy Management System

- Desenvolvimento e teste de sistemas de tracção para veículos eléctricos;

- Desenvolvimento de uma bancada de testes para sistemas de tração elétricos.

Tarefa 6: Connection to the Electrical Grid

- Desenvolvimento de sistemas de carregamento lento e rápido para veículos eléctricos.

PROJETOS


27

Projeto “Assessment and Development of Integrated Systems for Electric Vehicles”

PROJETOS


28

MOBI.Car – Projecto Mobilizador do PCT da Mobilidade

Líder do Projeto: CEIIA (Centro para a Excelência e Inovação na Indústria Automóvel)

Concepção, desenvolvimento, teste e demonstração dos principais módulos que incorporam os novos requisitos da mobilidade e de sistemas de energia e informação, com aplicação a diferentes plataformas para ambientes de mobilidade elétrica.

No âmbito deste projecto o GEPE da Universidade do Minho participa no módulo MOBICarPower.

• Neste Projecto é da responsabilidade do GEPE o Desenvolvimento de Carregadores de Carga Normal para Fluxo Bidireccional de Energia.

Imagens CEIIA

PROJETOS


2929

http://cepium.org/

PROJETOS

C E P I U MCARRO ELÉTRICO PLUG-IN DA UNIVERSIDADE DO MINHO


30

ELECTRIC BIKE PROJECT

An MSc dissertation project Final Prototype


31

ELECTRIC BIKE PROJECT

In wheel assemblage of the

BLDC Motor

3-Phase Power Inverter for the BLDC Motor Battery

Charger


32

O Futuro das Redes Eléctricas passa pelas Redes Eléctricas “Inteligentes” – SMART GRIDS,

onde há uma utilização intensiva de equipamentos de Electrónica de Potência.

O GEPE – Grupo de Energia e Electrónica de Potência da Universidade do Minho – pretende contribuir para o

desenvolvimento de soluções para as SMART GRIDS.

SMART GRIDS


33

SMART GRIDS

Electrical Power Grid

MPPT - PV MPPT - WT

DC-AC

DC-AC

AC-DC

DC-AC

AC-DC

Solar

Photovoltaic

Panels

Micro

Wind

Turbines

Plug-in

Electric

Vehicles

Energy

Storage

Systems

Data Electrical EnergyLegend:

BrokerElectrical System

Manager


34

SMART GRIDS


35

SMART GRIDS

HVDC (High Voltage Direct Current) – Flexibility of the transmission system, allowing

asynchronous grid connections, and enabling independent active and reactive power

control ensuring voltage and frequency stability.

Smart Grid Concepts:

FACTS (Flexible AC Transmission Systems) – Covers a number of technologies that

enhance the security, capacity and flexibility of power transmission systems.

(Wide Area Monitoring System) – Monitor the power flows in the grid, developing

a complete understanding of how the system will behave under all circumstances.

(Energy Storage System) – New renewable energy sources will require some

form of distributed energy storage, such as large batteries, flywheels or compressed air, to

help maintain the stability of power distribution systems.

(Custom Power System) – Covers a number of technologies that enhance the

electrical power grid power quality, providing harmonic compensation and power factor

correction amongst other features.

(Micro Generation System) – New renewable energy sources as microwind

turbines and micro solar photovoltaic panels.

WAMS

CUPS

MGS

ESS


36

Expertise

UPQCUnified Power

Quality Conditioner

SAPFShunt Active

Power Filter

PQMPower Quality

Monitoring

MPPT-MTMaximum Power Point

Tracking - Microwind Turbines

MPPT-PVMaximum Power Point

Tracking - Photovoltaic Panels

BBCS-SCBidirectional Battery Charging

System – Sinusoidal Consumption

CUPS

CUPS WAMS

MGS

ESS

MGS

CUPS MGS

WAMS ESS

Custom Power Systems

Wide Area Monitoring Systems

Micro Generation Systems

Energy Storage Systems


38http://www.gepe.dei.uminho.pt

IV SIMPÓSIO DO GRUPO DE ELETRÓNICA DE POTÊNCIA E ENERGIAUNIVERSIDADE DO MINHO - Campus de Azurem – GUIMARÃES

Anfiteatro B1.1516 DE JULHO DE 2015

10:00 Visita aos laboratórios do GEPE

12:00 Intervalo para almoço

14:00 Apresentação do Grupo de Eletrónica de Potência e EnergiaApresentação dos Trabalhos dos Alunos de DoutoramentoApresentação dos Trabalhos dos Alunos de Dissertação de Mestrado

16:30 Visita aos laboratórios do GEPE

17:30 Encerramento


39

Obrigado pela Vossa Atenção!

“Crescimento Económico

conquista-se com

Desenvolvimento Tecnológico.”

http://www.gepe.dei.uminho.pt

escola de engenharia departamento de electrónica industrial grupo de eletrónica de...

Documents