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Tipo: TCC
Título: Analysis of a DC/DC converter for centralized energy storage in HVDC applications
Título em inglês: Analysis of a DC/DC converter for centralized energy storage in HVDC applications
Autor(es): Pinheiro, Douglas Lima Militão
Orientador: Nogueira, Fabrício Gonzalez
Palavras-chave em português: Conversor CC/CC;Supercapacitores;Conversor modular multinível;Armazenamento de energia;Serviços ancilares;Corrente contínua em alta tensão
Palavras-chave em inglês: DC/DC Converter;Modular Multilevel Converter;High Voltage Direct Current;Energy Storage;Ancillary Services
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Data do documento: 2025
Citação: PINHEIRO, Douglas Lima Militão. Analysis of a DC/DC converter for centralized energy storage in HVDC applications. 2025. 54 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Elétrica) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025.
Resumo: Este trabalho apresenta um conversor modular projetado para integrar um Sistemas de Armazenamento de Energia (ESSs) de alta capacidade baseado em supercapacitores a uma rede de Corrente Contínua em Alta Tensão (HVDC). Diferente das abordagens convencionais, que distribuem a energia armazenada entre múltiplos submódulos conectados em série, essa metodologia permite o armazenamento de uma quantidade substancial de energia em uma única unidade ESS, reduzindo a complexidade. A topologia do conversor proposto consiste em dois ramos de submódulos meia-ponte e ponte completa, garantindo flexibilidade operacional e controle bidirecional do fluxo de potência. Um dos principais desafios abordados neste trabalho é a capacidade de lidar com grandes variações de tensão inerentes ao ESS baseado em supercapacitores. O conversor é projetado para acomodar flutuações de tensão em um lado, variando de zero até a carga completa (na faixa de centenas de quilovolts), enquanto mantém uma tensão constante no lado do conectado a rede HVDC. Uma estratégia de controle é desenvolvida para gerenciar essas variações de forma eficiente, garantindo operação estável e transferência de potência. Para validar a abordagem proposta, são realizadas simulações utilizando modelos médios dos braços. Os resultados confirmam que o conversor atende aos requisitos operacionais, mantendo a estabilidade em condições dinâmicas e seguindo as referências de forma eficaz. Os achados demonstram a viabilidade da integração de ESS em larga escala baseados em supercapacitores em redes HVDC.
Abstract: This work introduces a modular converter designed to integrate a high-capacity Energy Storage Systems (ESSs) based on supercapacitors into a High Voltage Direct Current (HVDC) link. Unlike conventional approaches that distribute stored energy among multiple series-connected sub-modules, this methodology enables the storage of a substantial amount of energy in a single ESS unit, reducing complexity. The proposed converter topology consists of two branches of half-bridge and full-bridge sub-modules, ensuring operational flexibility and bidirectional power flow control. A key challenge addressed in this work is the ability to handle large voltage variations inherent to supercapacitor-based ESS. The converter is designed to accommodate voltage fluctuations on one side, ranging from zero to full charge (in the range of hundreds of kilovolts), while maintaining a constant voltage on the HVDC link side. A control strategy is developed to manage these variations efficiently, ensuring stable operation and precise power exchange. To validate the proposed approach, simulations using average model of chains of sub-modules are conducted. The results confirm that the converter respects all operational requirements, maintaining stability under dynamic conditions and effectively following the references. The findings demonstrate the feasibility of integrating large-scale supercapacitor-based ESS into HVDC grids.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/81311
ORCID do(s) Autor(es): https://orcid.org/0009-0000-0640-2770
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/6059338798592031
ORCID do Orientador: https://orcid.org/0000-0003-1935-8937
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/5826590609995005
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Aparece nas coleções:ENGENHARIA ELÉTRICA - Monografias

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