Publicação: Modelagem e controle do conversor Dual Active Bridge (DAB) para aplicação em Sistemas de Armazenamento de Energia (SAEs) utilizando Hardware-in-the-Loop (HIL)
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CNPQ::ENGENHARIAS
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Coorientador
Resende, Ênio Costa
Resumo
Os últimos anos têm se mostrado férteis à pesquisa em fontes renováveis de energia e em
meios de viabilizá-las. A crescente demanda por energia limpa torna necessária a criação e
manutenção de novos paradigmas dentro da produção e do uso de energia elétrica. Com isso
surgem novas topologias de sistemas elétricos em menor escala, como as microrredes,
extremamente ligadas à geração distribuída de energia elétrica. A necessidade do
armazenamento de energia para garantir funcionamento ininterrupto do sistema faz surgir
estratégias de sistemas de armazenamento de energia (SAE), dos quais os alimentados por
bateria (BESS) são os mais proeminentes. Portanto, este trabalho apresenta o desenvolvimento
de um sistema de armazenamento de energia de 2,5 kW, capaz de manter o barramento
controlado em 400 V, durante a ausência de uma fonte primária. Já na presença de uma fonte
primária, o SAE é capaz de carregar a bateria com etapas distintas de corrente constante à 13A
e tensão constante à 216V. O conversor bidirecional escolhido foi o DAB (Dual Active Bridge),
devido a características como alto ganho, isolação galvânica e possibilidade de chaveamento
suave. O projeto, modelagem e controle foram feitos usando a modulação SPS (Single Phase
Shift). A escolha do momento de carga e descarga é feita com base em um algoritmo que
monitora parâmetros do SAE como tensão de saída, tensão de entrada e corrente de saída, bem
como estado de carga da bateria (SOC). Os algoritmos de controle foram embarcados em DSP
(Digital Signal Processor), para verificação usando a técnica de Controller Hardware-in-theLoop (C-HIL) e o circuito de potência é simulado em tempo real via Typhoon HIL. Resultados
de resposta ao controle são mostrados para todos os controladores, bem como resultados de
troca de modos de carga e descarga. Os ciclos de carga e a descarga completas foram realizados
e seus resultados também são apresentados, demonstrando a plena capacidade de
funcionamento do sistema.
Abstract
Recent years have proven fertile for research into renewable energy sources and the means
to make them feasible. The growing demand for clean energy necessitates the creation and
maintenance of new paradigms within the production and consumption of electrical energy.
Consequently, new smaller-scale electrical system topologies have emerged, such as
microgrids, which are closely linked to distributed power generation. The need for energy
storage to ensure uninterrupted system operation has given rise to energy storage system (ESS)
strategies, among which battery energy storage systems (BESS) are the most prominent.
Therefore, this work presents the development of a 2.5 kW energy storage system capable of
maintaining the bus regulated at 400 V during the absence of a primary source. Conversely, in
the presence of a primary source, the ESS is capable of charging the battery using distinct stages
of constant current at 13 A and constant voltage at 216 V. The bidirectional converter chosen
was the Dual Active Bridge (DAB) due to features such as high gain, galvanic isolation, and
the possibility of soft switching. The design, modeling, and control were performed using
Single Phase Shift (SPS) modulation. The selection of charging and discharging moments is
governed by an algorithm that monitors ESS parameters such as input voltage, output voltage,
and output current, as well as the battery's State of Charge (SOC). The control algorithms were
embedded in a Digital Signal Processor (DSP) for verification using the Controller Hardwarein-the-Loop (C-HIL) technique, and the power circuit is simulated in real-time via Typhoon
HIL. Control response results are presented for all controllers, along with the results for
charging and discharging mode transitions. Full charge and discharge cycles were performed,
and their results are also presented, demonstrating the system's full operational capability.
Palavras-chave
Sistemas de Armazenamento à Bateria (BESS), Battery Energy Storage Systems (BESS), Conversor Dual Active Bridge (DAB), Dual Active Bridge (DAB) Converter, Conversores Bidirecionais, Bidirectional Converters
Citação
BERNARDES, Gabriel Machado. Modelagem e controle do conversor Dual Active Bridge (DAB) para aplicação em Sistemas de Armazenamento de Energia (SAEs) utilizando Hardware-in-the-Loop (HIL). 2026. 123 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026.