Ese

Mestrado Integrado em Engenharia Eletrónica Industrial e Computadores

Escola de Engenharia Departamento de Electrónica Industrial

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Grupo de Eletrónica de Potência e Energia


João L. Afonso [email protected]

UC de Especialização em Electrotecnia e Sistemas de Energia GEPE - Grupo de Electrónica de Potência e Energia

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


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UC DE ESPECIALIZAÇÃO EM ELETROTECNIA E SISTEMAS DE ENERGIA

Módulos da UC de Especialização Eletrotecnia e Sistemas de Energia

(ESE)

• Sistemas de Energia

• Complementos de Eletrónica de Potência

• Qualidade de Energia Elétrica

• Filtros Ativos de Potência


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

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

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

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

- Novas Tecnologias Aplicadas a Redes Eléctricas: Tecnologias de Energias Renováveis, 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 Eléctricos de Energia

- O Custo da Electricidade

SISTEMAS DE ENERGIA – SE DOCENTE: PROF. JOÃO LUIZ AFONSO


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

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

- Choques Elétricos: Causas, Sintomas e Cuidados.

- Inversores de Eletrónica de Potência; Acionamentos de Velocidade Variável para Máquinas Elétricas.

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

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

COMPLEMENTOS DE ELETRÓNICA DE POTÊNCIA – CEP DOCENTE: PROF. JOÃO LUIZ AFONSO


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- 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 e desequilibrados), com e sem Harmónicos. Teoria das Potências Real e Imaginária Instantâneas (Teoria p-q) aplicada ao entendimento dos problemas de Qualidade de Energia.

- Compatibilidade Eletromagnética.

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

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

QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA - QEE DOCENTE: PROF. JOÃO LUIZ AFONSO


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

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

- Compensadores Estáticos de Reativos do tipo RCT e CCT.

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

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

- Teorias de Controlo de Filtros Ativos de Potência.

FILTROS ATIVOS DE POTÊNCIA - FAP DOCENTE: PROF. JOÃO LUIZ AFONSO


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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


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MIEEIC – SAÍDAS PROFISSIONAIS

Há Alunos do MIEEIC que fizeram a Dissertação no GEPE nas seguintes empresas:

EFACEC - Sistemas de Eletrónica

CEIIA - Centro para a Excelência e Inovação na Indústria Automóvel

VISHAY - Fábrica de Condensadores

BOSCH - Fábrica de Auto-rádios

FREZITE - Energias Renováveis

YAZAKI SALTANO - Fábrica de Componentes Elétricos para Automóveis

POWER INTEGRATIONS - Desenvolvimento de Conversores de Eletrónica de Potência (EUA)

Central Hidrelétrica de Cahora Bassa (Moçambique)

Bolseiros de Investigação na Universidade do Minho

Alunos de Doutoramento na Universidade do Minho


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MIEEIC – PROPOSTAS DE DISSERTAÇÕES PARA 2012-2013 1. Simulação e classificação de cargas elétricas não lineares e os seus efeitos na rede elétrica. (Prof.

Manuel J. Sepúlveda Freitas)

2. Estudo simulação e desenvolvimento de um contador de energia para sistemas elétricos com tensões e correntes distorcidas. (Prof. Manuel J. Sepúlveda Freitas)

3. Estudo dos efeitos dos harmónicos de tensão e de corrente nos aparelhos de medida de energia elétrica. (Prof. Manuel J. Sepúlveda Freitas)

4. Bancada de Ensaios para Sistemas Microeólicos com Interligação à Rede Elétrica.

5. Desenvolvimento de Tecnologias de Eletrónica de Potência para Sistemas Eólicos.

6. Controlador para Motor CC com Escovas e Íman permanente (7,5 kW - 72 Vcc) para um Kart Elétrico.

7. Controlador com FPGA para um Motor CA de 1,8 kW (Motor in Wheel) para um Veículo com Motor de Combustão Interna para a Eco-Marathon.

8. Desenvolvimento de um Range Extender para Veículo Elétrico.

9. Desenvolvimento de um Controlador com DSP para um Motor CA de 30 kW para o C E P I U M.

10. Desenvolvimento do Sistema de Carregamento de Baterias com BMS e com Interface com o Cockpit para o C E P I U M.

11. Desenvolvimento de um Posto de Carregamento Lento e Rápido para o C E P I U M.

12. Estudo de Tecnologias de Baterias e BMS e Desenvolvimento de Modelos de Simulação nas Ferramentas Matlab e PSIM, com Enfase em Aplicações de Mobilidade Elétrica.

13. Desenvolvimento de um BMS para Aplicações de Mobilidade Elétrica.

14. Desenvolvimento de um Filtro Ativo Paralelo com CSI (Current Source Inverter) e Controlo da Corrente no Barramento CC.


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ELECTRÓNICA

ENERGIA

CONTROLO

INFORMÁTICA

ESE

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

ESE


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GEPE - GRUPO DE ELETRÓNICA DE POTÊNCIA E ENERGIA

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


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Carlos Alberto C. M. Couto – Professor Catedrático

Júlio M. Sousa B. Martins – Professor Associado

João Luiz Afonso – Professor Associado

Manuel J. Sepúlveda Freitas – Professor Auxiliar

João Carlos Aparício P. Fernandes – Professor Auxiliar

Henrique Gonçalves – Professor Auxiliar

José Gabriel Pinto – Investigador Doutorado

Vitor Monteiro – Investigador

Delfim Pedrosa - Investigador

Bruno Exposto – Investigador

Rui Araújo – Investigador

Rui Moreira – Investigador

Alunos de Doutoramento

Alunos de Mestrado


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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


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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



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LABORATÓRIO DO GEPE


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LABORATÓRIO DO GEPE


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Signal Conditioning board

NO GEPE DESENVOLVEMOS O NOSSO HARDWARE …

IGBTs Command board

Power stages - 80 A rms IGBTs Converter


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Digital Signal Controller DSC

DSC to IGBTs Gate Driver Interface Hall-Effect Voltage Sensors

DC-Link Overvoltage Protection


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External ADCs board

DAC board


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• PSIM Professional

• PSCAD®/EMTDC™

• MATLAB®/Simulink®

• Code Composer Studio™

• MPLAB® Integrated Development Environment

• PADS PCB Design

SOFTWARE DEVELOPMENT TOOLS


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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 CONCLUÍDOS PROJETOS CONCLUÍDOS

http://sinus-pq.com


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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 A EFAPOWER-SINUS da EFACEC

instalado num cliente Filtro Activo Trifásico 150 A

EFAPOWER-SINUS da EFACEC

PROJETOS CONCLUÍDOS


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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 EM CURSO


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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 EM CURSO


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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 EM CURSO


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

PROJETOS EM CURSO


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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 EM CURSO


28 28

http://cepium.org/

PROJETOS EM CURSO

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


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ELECTRIC BIKE PROJECT

An MSc dissertation project Final Prototype


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ELECTRIC BIKE PROJECT In wheel assemblage of the

BLDC Motor

3-Phase Power Inverter for the BLDC Motor

Battery Charger


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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


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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


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SMART GRIDS


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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


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SMART GRIDS


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1800 - Volta: bateria eléctrica (início do estudo da Electrodinâmica)

1820 - Oersted: campo magnético em torno de um fio percorrido por corrente eléctrica

1831 - Faraday: produção de electricidade através do magnetismo

1876 - Graham Bell: telefone

1879 - Thomas Edson: lâmpada eléctrica incandescente

1886 - Willian Stanley: transformador e máquina C.A.

1893 - Primeiro Sistema de Produção, Transporte e Distribuição em Corrente Alternada.

A ENGENHARIA ELETROTÉCNICA É UMA ÁREA TECNOLÓGICA AINDA RECENTE

I

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


38

Obrigado pela Vossa Atenção!

“Crescimento Económico

conquista-se com

Desenvolvimento Tecnológico.”

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

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