Modelagem de conversores de potência para implementação em Hardware-in-the-Loop com MCUs de alto desempenho

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Castro, Daniel Silva de
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Hardware-in-the-Loop; Eletrônica de potência; HIL; Power electronics; Real-time simulation; Simulação em tempo real
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18153/tde-01122021-153027/

Neste trabalho, é abordada a modelagem de conversores de potência para implementação em Hardware-in-the-Loop (HIL) com o uso de unidades microcontroladas (MCUs) de alto desempenho. Duas técnicas de modelagem de circuitos elétricos chaveados são discutidas, as técnicas por discretização de circuito elétrico associado (ADC) e por espaço de estado, nos quais são apresentados os métodos dos subcircuitos e do modelo equivalente de chave. Os cenários de teste incluem o conversor CC–CC boost, e quatro configurações diferentes de conversor CC–CA, as versões monofásicas em ponte completa do VSI, nos modos ilhado e conectado, do ZSI e do Quasi–ZSI. As simulações foram realizadas por meio do software Simulink®, da Mathworks®, em que foram testados todos os modelos dinâmicos dos conversores mencionados. Devido à necessidade de se empregar tempos de amostragem menores que 100 ns para manter alta precisão numérica nos resultados, tanto a técnica ADC quanto o método do modelo equivalente de chave não são adequados para implementações em MCUs de alto desempenho. O método dos subcircuitos, em contrapartida, proporciona resultados com alta precisão numérica a um tempo de amostragem de 1 μs. Com base no método dos subcircuitos, o comportamento dinâmico e o erro relativo de todas as variáveis de estado dos conversores de potência considerados são discutidos. Nesse sentido, os resultados mostram que a implementação de um procedimento de simulação em tempo real a partir de MCUs de alto desempenho é factível para um tempo de amostragem alvo de 1 μs que, inclusive, garante uma precisão numérica satisfatória. A simulação em HIL dos conversores de potência considerados foi desenvolvida com o uso do MCU STM32H723ZGT6U da STMicroelectronics®, que utiliza processador Arm® Cortex®-M7 de 32 bits em 550 MHz.