Controle de conversores boost CC-CC de potência e suas aplicações em sistemas de energia eólica do tipo IV

Resumo

Os conversores boost de corrente contínua para corrente contínua (CC-CC) desempenham um papel crucial na otimização de sistemas de energia renovável, especialmente em turbinas eólicas do tipo IV. Esses conversores são projetados para elevar a tensão de entrada, permitindo a extração eficiente de energia do vento. Sua operação pode ser realizada em modos distintos de controle, tanto com o controle de corrente quanto com o controle de tensão, cada um impactando a eficiência e a estabilidade do sistema de formas específicas. Este trabalho tem como objetivo estudar a aplicação do controle de conversores CC-CC em sistemas de energia eólica do tipo IV, considerando exclusivamente o modo de controle de corrente. Além disso, utilizam-se simuladores profissionais de transitórios em sistemas de potência, como o Alternative Transients Program (ATPDraw), para modelar esse modo de controle e verificar o desempenho nas simulações. A metodologia foi organizada em etapas: estudo dos conversores CC-CC na literatura, aprendizado do uso de programas de simulação para sistemas elétricos e aplicação do controle do conversor boost CC-CC em sistemas eólicos do tipo IV. Nos resultados obtidos, o controle do conversor boost CC-CC foi analisado com foco na resposta dinâmica no controle de corrente da saída do conversor. Para alcançar esse objetivo, foi utilizado um controlador proporcional-integral (PI), cujo funcionamento se baseia no processamento das informações da corrente de entrada, considerada a variável primária. O controlador PI ajusta o sinal de saída do conversor de modo a regular a corrente para que a saída do conversor atenda aos valores desejados de carga. Isso acontece pois o controlador PI atua sobre a corrente de entrada, gerando uma forma de onda dente de serra que é comparada ao sinal de controle obtido pela função de transferência do sistema. Essa comparação resulta na geração de um sinal de modulação por largura de pulso (Pulse Width Modulation, PWM), que comanda o chaveamento dos interruptores semicondutores no conversor. As simulações demonstraram que, com a sintonia adequada dos parâmetros do controlador PI, é possível garantir a estabilidade do sistema e uma resposta rápida e eficiente. O ajuste do controlador PI permitiu a modulação da corrente de saída, mantendo-a dentro dos limites estipulados mesmo diante de variações na carga. Portanto, o controle de conversores boost CC-CC em sistemas de energia eólica do tipo IV não apenas maximiza a extração de energia, mas também contribui significativamente para a estabilidade e a eficiência dos processos de conversão de energia, promovendo avanços na utilização de tecnologias sustentáveis.