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Authors
Abstract(s)
Battery storage systems store excess energy when energy production exceeds the demand.
Electric vehicles constitute a distributed energy storage system and, if integrated with the
supply grid, can improve grid stability, efficiency and be an additional revenue source for
electric vehicle owners, technology denominated vehicle-to-grid (V2G).
Due to the clear relevance of this technology in a future where electrical vehicles are
a major mean of transportation, research must be conducted to assess the possibilities,
ramifications, advantages and disadvantages of V2G technology.
In order to contribute with further knowledge on this technology, the main objective of
this thesis is the simulation and physical implementation of a bidirectional single-phase
power interface between an electric vehicle battery and the grid. The proposed system counts
with features such as V2G for grid support, vehicle-to-home (V2H) for powering a home and
grid-to-vehicle (G2V) for regular battery charging.
The programsMATLAB® and Simulink were used for modelling, simulation and test of the
system in a discrete simulation, allowing for conceptual validation of the power and control
structure.
A real-time interface based fromdSPACE was used to interface the hardware with the control
algorithm developed in Simulink in a Hardware-in-the-Loop scheme, which allows rapid
control prototyping, data acquisition, processing and export. Hence, a rigorous experimental
validation of the implemented features.
With the system validation, the main thesis objective was reached and a bidirectional
power interface was successfully implemented. The proposed system is stable, transitions
smoothly between operation modes and allows the definition of the active and reactive powers
to be exchanged, suitable if the services provided by the vehicles are defined externally.
Sistemas de armazenamento de energia armazenam energia quando a produção excede a demanda. Veículos elétricos constituem um sistema de armazanemanto de energia, que, se integrado com a rede, podemelhorar sua estabilidade, eficiência e, além disso, ser uma fonte de renda adicional para seus proprietários, tecnologia denominada vehicle-to-grid (V2G). Devido a clara relevância desta tecnologia em um futuro com veículos elétricos como principal meio de transporte, pesquisas são necessárias para analisar as possibilidades, ramificações, vantagens e desvantages da tecnologia V2G. Com este propósito em mente, o principal objetivo desta tese é a implementação de uma interface de potência bidirecionalmonofásica entre a bateria de umveículo elétrico e a rede. O sistema proposto conta com funções como V2G para suporte à rede, vehicle-to-home (V2H) para alimentação de uma casa e grid-to-vehicle (G2V) para carregamento da bateria. A modelagem, simulação e teste do sistema e suas funções foramrealizados como software MATLAB® e Simulink, permitindo a validação por simulação em domínio discreto. Para a validação experimental uma interface de controle em tempo real com componentes da dSPACE foi utilizada para a interface entre a estrutura de potência e o controle desenvolvido no Simulink em um esquema de teste Hardware-in-the-Loop, que permite a criação rápida de algoritmos de controle, aquisição, processamento e exportação de dados e com isto a validação experimental das funções implementadas. Com a validação do sistema o objetivo principal da tese foi atingido e uma interface de potência bidirecional implementada com sucesso. O sistema proposto é estável, transiciona entre modos de operação suavemente e permite a definição das potências ativas e reativas a serem trocadas, função útil se os serviços a serem realizados pelos veículos são determinados externamente.
Sistemas de armazenamento de energia armazenam energia quando a produção excede a demanda. Veículos elétricos constituem um sistema de armazanemanto de energia, que, se integrado com a rede, podemelhorar sua estabilidade, eficiência e, além disso, ser uma fonte de renda adicional para seus proprietários, tecnologia denominada vehicle-to-grid (V2G). Devido a clara relevância desta tecnologia em um futuro com veículos elétricos como principal meio de transporte, pesquisas são necessárias para analisar as possibilidades, ramificações, vantagens e desvantages da tecnologia V2G. Com este propósito em mente, o principal objetivo desta tese é a implementação de uma interface de potência bidirecionalmonofásica entre a bateria de umveículo elétrico e a rede. O sistema proposto conta com funções como V2G para suporte à rede, vehicle-to-home (V2H) para alimentação de uma casa e grid-to-vehicle (G2V) para carregamento da bateria. A modelagem, simulação e teste do sistema e suas funções foramrealizados como software MATLAB® e Simulink, permitindo a validação por simulação em domínio discreto. Para a validação experimental uma interface de controle em tempo real com componentes da dSPACE foi utilizada para a interface entre a estrutura de potência e o controle desenvolvido no Simulink em um esquema de teste Hardware-in-the-Loop, que permite a criação rápida de algoritmos de controle, aquisição, processamento e exportação de dados e com isto a validação experimental das funções implementadas. Com a validação do sistema o objetivo principal da tese foi atingido e uma interface de potência bidirecional implementada com sucesso. O sistema proposto é estável, transiciona entre modos de operação suavemente e permite a definição das potências ativas e reativas a serem trocadas, função útil se os serviços a serem realizados pelos veículos são determinados externamente.
Description
Dupla diplomação com a UTFPR - Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Keywords
Distributed storage Bidirectional power interface Vehicle-to-grid Vehicle-tohome