Simulation of a resonant inverter

Abstract

Mostly developed since the Industrial Revolution, the automation of systems and equipment around us is responsible for a technological progress and economic growth without precedents, but also by a relentless energy dependence. Currently, fossil fuels still tend to come as the main energy source, even in developed countries, due to the ease in its extraction and the mastery of the technology needed for its use. However, the perception of its ending availability, as well as the environmental impact of this practice has led to a growing energy production originated from renewable sources. Easy maintenance, coupled with the fact that they are virtually inexhaustible, makes the solar and wind energy very promising solutions. In this context, this work proposes to facilitate energy production from these sources. To this end, in this work the power inverter is studied, which is an equipment responsible for converting DC power available by solar or wind power in traditional AC power. Then it is discussed and designed a new architecture which, in addition to achieve a high energy e - ciency, has also the ability to adapt to the type of conversion desired by the user, namely if he wants to sell electricity to the power grid, be independent of it or bet on a self consumption system. In order to achieve the promised energy e ciency, the projected inverter uses a resonant DC-DC converter, whose architecture signi cantly decreases the energy dissipated in the conversion, allowing a higher power density. The adaptability of the equipment is provided by an adaptive control algorithm, responsible for assessing its behavior on every iteration and making the necessary changes to achieve maximum stability throughout the process. To evaluate the functioning of the proposed architecture, a simulation is presented using the PLECS simulation software.

Desenvolvida maioritariamente a partir da Revolução Industrial, a automatização dos sistemas e equipamentos que nos rodeiam e responsável por um progresso tecnológico e crescimento económico sem precedentes, mas também por uma incessante dependência energética. Atualmente, combustíveis fosseis ainda tendem a surgir com principal fonte de energia, mesmo em países desenvolvidos, devido a facilidade na sua extração e domínio da tecnologia necessária a sua utilização. No entanto, a perceção quer da sua findável disponibilidade, quer do impacto ambiental desta pratica, tem levado a uma crescente produção de energia proveniente de fontes renováveis. A sua fácil manutenção, aliada ao facto de serem praticamente inesgotáveis, faz das energias solar e eólica uma solução muito promissora. Neste contexto, esta dissertação propõe facilitar a produção de energia proveniente destas fontes. Assim, neste trabalho são estudados os inversores de potencia, equipamentos responsáveis por converter energia DC disponibilizada por uma fonte solar ou eólica em energia AC tradicional. Seguidamente e discutida e projetada uma nova arquitetura que, para al em de conseguir um alto rendimento energético, tem também a capacidade de se adaptar face ao tipo de conversão pretendida pelo utilizador, caso este queira vender energia a rede elétrica, ser independente desta ou apostar num sistema de auto consumo. Para alcançar o alto rendimento energético prometido, o inversor projetado faz uso de um conversor DC-DC ressonante, cuja arquitetura diminui consideravelmente a energia dissipada na conversão, permitindo assim uma maior densidade de potencia. A versatilidade do equipamento e disponibilizada por um algoritmo de controlo adaptativo, responsável por avaliar o comportamento deste a cada iteração e fazer as alterações necessárias para alcançar a máxima estabilidade ao longo de todo o processo. Para uma avaliação do funcionamento da arquitetura proposta, apresenta-se a simulação da mesma utilizando o software de simulação PLECS.