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Abstract(s)
As redes de energia em corrente contínua (DC) apresentam importantes
benefícios comparativamente às redes de corrente alternada (AC), nomeadamente ao
nível de redução de perdas por conversão de energia e ao nível da qualidade de energia.
A crescente proliferação de cargas DC e de sistemas de produção de energia distribuídos,
têm conduzido à adoção deste tipo de redes de distribuição de energia, nomeadamente
micro-redes DC. Um dos maiores desafios inerentes à sua adoção, em larga escala, reside
na proteção de tais redes DC.
A proteção de redes DC apresenta-se mais complexa que a proteção de redes AC,
uma vez que não existe passagem natural da corrente por um valor nulo e também
porque as correntes causadas por falhas sofrem aumentos súbitos em curtos espaços de
tempo, colocando a integridade dos equipamentos em risco. Deste modo, é crucial
agilizar o processo de deteção de falhas e de atuação dos sistemas de proteção
intervenientes. Para assegurar a segurança de pessoas e equipamentos, são também
necessários sistemas de aterramento. Nesse sentido, este trabalho apresenta e discute os
sistemas de ligação à terra existentes.
As proteções existentes devem cumprir os requisitos de seletividade, rapidez,
fiabilidade e sensibilidade. Agrupam-se em três categorias principais: proteções
mecânicas, híbridas e de estado sólido. Tendo em conta as características de cada uma,
em termos de velocidade de atuação, mitigação da falha e o tipo de rede DC a que se
pretendem aplicar, são abordadas neste trabalho, com especial enfoque, as proteções
híbridas.
Este tipo de proteção é composto por três ramos paralelos: um ramo com um
interruptor mecânico, outro composto por semicondutores e o terceiro destina-se à
dissipação de energia. Neste trabalho, é apresentada uma arquitetura alternativa de
proteção híbrida, aplicada a um sistema de carregamento de veículo elétrico. O seu
funcionamento é simulado num contexto de uma micro-rede DC, na presença de falhas
de curto-circuito. Por fim, é concretizada a validação experimental do funcionamento do
sistema de proteção desenvolvido.
Direct current (DC) energy distribution systems reveal great advantages in comparison to alternating current (AC) grids, namely in terms of loss reduction and energy quality. The growth of DC loads and Distributed Energy Resources (DERs) has led to the adoption of DC distribution networks and, more specifically, DC microgrids. The major challenge related to the large-scale adoption of DC microgrids lies on assuring the protection of such DC energy systems. Protection of DC grids reveals more complex than the protection of AC ones, due to the inexistence of natural zero-crossing currents and also because of the fast rate of current increment registered during faults, risking the integrity of equipment. It is, therefore, crucial to optimize both the fault detection and the protection system. To ensure the safety of users and equipment, earthing methods are also required. Hence, state-of-the-art earthing methods will be presented and discussed in this work. Existing protection systems against faults should fulfil the requirements of selectivity, speed, reliability, and sensitivity. DC circuit breakers can be grouped into three main categories: mechanical, hybrid and solid-state circuit breakers. Given the specifications of each type of circuit breaker, in terms of speed, fault clearance and the DC grid they are destined to, special attention will be given to hybrid protection schemes in this dissertation. This type of DC circuit breaker consists of three parallel branches: the first has a mechanical switch, the second is composed of semiconductor banks and the third one is used for energy dissipation. In this work, an alternative hybrid circuit breaker is presented and implemented on an electric vehicle charging system. The operation of the system is simulated in the context of a DC microgrid, in the presence of short-circuit faults. Finally, experimental validation of the protection system is developed.
Direct current (DC) energy distribution systems reveal great advantages in comparison to alternating current (AC) grids, namely in terms of loss reduction and energy quality. The growth of DC loads and Distributed Energy Resources (DERs) has led to the adoption of DC distribution networks and, more specifically, DC microgrids. The major challenge related to the large-scale adoption of DC microgrids lies on assuring the protection of such DC energy systems. Protection of DC grids reveals more complex than the protection of AC ones, due to the inexistence of natural zero-crossing currents and also because of the fast rate of current increment registered during faults, risking the integrity of equipment. It is, therefore, crucial to optimize both the fault detection and the protection system. To ensure the safety of users and equipment, earthing methods are also required. Hence, state-of-the-art earthing methods will be presented and discussed in this work. Existing protection systems against faults should fulfil the requirements of selectivity, speed, reliability, and sensitivity. DC circuit breakers can be grouped into three main categories: mechanical, hybrid and solid-state circuit breakers. Given the specifications of each type of circuit breaker, in terms of speed, fault clearance and the DC grid they are destined to, special attention will be given to hybrid protection schemes in this dissertation. This type of DC circuit breaker consists of three parallel branches: the first has a mechanical switch, the second is composed of semiconductor banks and the third one is used for energy dissipation. In this work, an alternative hybrid circuit breaker is presented and implemented on an electric vehicle charging system. The operation of the system is simulated in the context of a DC microgrid, in the presence of short-circuit faults. Finally, experimental validation of the protection system is developed.
Description
Keywords
Disjuntores de
Estado Sólido Disjuntores Híbridos Falhas Interruptores Mecânicos Micro-Redes Dc Semicondutores Varístor