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dc.creatorOliveira, Raphael Carrijo de-
dc.date.accessioned2026-08-06T13:13:52Z-
dc.date.available2026-08-06T13:13:52Z-
dc.date.issued2026-06-12-
dc.identifier.citationOLIVEIRA, Raphael Carrijo de. Novo conversor isolado de múltiplas entradas e múltiplas saídas multidirecional para arquiteturas modernas de distribuição de energia CC de baixa tensão. 2026. 210f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) – Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2026.444pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufu.br/handle/123456789/49315-
dc.description.abstractThis work presents the modelling, analysis, and simulation-based evaluation of a multidirectional, multi-winding, multiport flyback DC-DC converter proposed for the integration, within a single conversion stage, of sources and loads operating at different voltage levels in low-voltage DC architectures. By doing so, the need for intermediate DC-DC converters and the losses inherent to multistage power processing are reduced, thereby favoring higher power density. As a proof of concept, a three-port configuration composed of a photovoltaic source, a DC load, and a battery energy storage system was adopted to develop the analytical formulations, the control strategy, and the validation studies. For converter operation, an operating scheme is adopted in which the magnetization and demagnetization processes of the coupled inductor take place individually for each port, thereby reducing the dynamic coupling among ports, increasing the flexibility of the turns-ratio design, and simplifying control implementation. Energy coordination is performed through a Power Flow Control Strategy (PFCS), in which the voltage of port 2 acts as the global coordination variable and is maintained within a band delimited by four voltage levels, from which the operating modes are selected according to the balance among photovoltaic generation, load demand, and the power-exchange capability of the storage system. Within this framework, port 1, connected to the photovoltaic system, operates either in Maximum Power Point Tracking (MPPT) mode or in voltage-droop-based power-limiting mode, referred to as Voltage Droop Control Mode (VDCM). For this port, a Finite Control Set Model Predictive Control (FCS-MPC) strategy is employed to track the photovoltaic array voltage reference, which is generated either by the MPPT algorithm, featuring an adaptive step size and based on observer-estimated photovoltaic current without the need for a current sensor, or by the VDCM, depending on the system operating mode. Port 3, associated with battery energy storage, is bidirectionally controlled through two voltage-droop strategies, one dedicated to the charging process and the other to the discharging process. Under surplus-energy conditions, the system selects the Battery Voltage Droop Control by Charging Mode (BVDMcha), in which the battery absorbs power; under power-deficit conditions, it selects the Battery Voltage Droop Control by Discharging Mode (BVDMdis), in which the battery supplies power to the system. When no energy exchange is required, port 3 remains in a standby state characterized by the IDLE mode. In a complementary manner, port 2, associated with the DC load, incorporates protection functions that allow the load either to remain connected or to be disconnected. Simulation results under islanded operation and different irradiance and load-demand conditions showed that the voltage of port 4 2 remained within the specified range under both surplus- and deficit-power scenarios, with port 3 transitioning between the BVDMcha and BVDMdis modes to absorb or supply energy as required. In addition, a comparative evaluation of alternative control strategies for port 3 was carried out, highlighting differences in dynamic compatibility with the photovoltaic control loop. In summary, the obtained results indicate that the proposed multiport topology, together with the new operating scheme and the developed control strategy, constitutes a technically viable solution for integrating, within a single conversion stage, elements operating at different voltage levels in DC architectures.pt_BR
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superiorpt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Uberlândiapt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/*
dc.subjectConversor CC-CC flyback multidirecionalpt_BR
dc.subjectConversor multiportapt_BR
dc.subjectConversor de três portaspt_BR
dc.subjectControle preditivo baseado em modelo com conjunto finito de açõespt_BR
dc.subjectEstratégia de controle do fluxo de potênciapt_BR
dc.subjectArquiteturas CC de baixa tensãopt_BR
dc.titleNovo conversor isolado de múltiplas entradas e múltiplas saídas multidirecional para arquiteturas modernas de distribuição de energia CC de baixa tensãopt_BR
dc.title.alternativeA Novel Isolated Multiple-Input, Multiple-Output Multidirectional Converter for Modern Low-Voltage DC Power Distribution Architecturespt_BR
dc.typeTesept_BR
dc.contributor.advisor-co1Tofoli, Fernando Lessa-
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0182863293347169pt_BR
dc.contributor.advisor1Morais, Aniel Silva de-
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8844251698422960pt_BR
dc.contributor.referee1Silva, Fábio Vincenzi Romualdo da-
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5110686859702602pt_BR
dc.contributor.referee2Silva de Morais, Josué-
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/2007658962904545pt_BR
dc.contributor.referee3Franco de Souza, Alencar-
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/3111055721255914pt_BR
dc.contributor.referee4Meira Amaral da Luz, Caio-
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/2557658190585943pt_BR
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/6691873139564242pt_BR
dc.description.degreenameTese (Doutorado)pt_BR
dc.description.resumoEste trabalho apresenta a modelagem, a análise e a avaliação, em ambiente de simulação, de um conversor CC-CC flyback multidirecional, multi-enrolamentos e multiportas, proposto para a integração, em um único estágio de conversão, de fontes e cargas operando em diferentes níveis de tensão em arquiteturas CC de baixa tensão. Com isso, reduz-se a necessidade de conversores CC-CC intermediários e das perdas inerentes ao processamento de energia em múltiplos estágios, favorecendo maior densidade de potência. Como prova de conceito, adotouse uma configuração de três portas composta por uma fonte fotovoltaica, uma carga CC e um sistema de armazenamento por baterias, utilizada para desenvolver as formulações analíticas, a estratégia de controle e os estudos de validação. Para a operação do conversor, adota-se uma forma de funcionamento na qual os processos de magnetização e desmagnetização do indutor acoplado ocorrem de forma individualizada por porta, reduzindo o acoplamento dinâmico entre elas, ampliando a flexibilidade da relação de espiras e simplificando a implementação do controle. A coordenação energética é realizada por uma estratégia de controle do fluxo de potência, denominada Power Flow Control Strategy (PFCS), na qual a tensão da porta 2 atua como variável global de coordenação e é mantida dentro de uma faixa delimitada por quatro níveis de tensão, a partir dos quais são selecionados os modos de operação conforme o balanço entre geração fotovoltaica, demanda da carga e capacidade de intercâmbio do armazenamento. Nessa estrutura, a porta 1, conectada ao sistema fotovoltaico, opera em rastreamento do ponto de máxima potência (Maximum Power Point Tracking – MPPT) ou em modo de limitação de potência por voltage droop (Voltage Droop Control Mode – VDCM). Para essa porta, empregase um controlador preditivo baseado em modelo com conjunto finito de ações (Finite Control Set Model Predictive Control – FCS-MPC) para rastrear a referência de tensão do arranjo fotovoltaico, a qual é definida pelo algoritmo de MPPT, com passo adaptativo e baseado na estimativa da corrente fotovoltaica por observador, dispensando sensor de corrente, ou pelo VDCM, conforme o modo de operação do sistema. A porta 3, associada ao armazenamento por baterias, é controlada bidireccionalmente por meio de duas estratégias de voltage droop, uma destinada ao processo de carga e outra ao processo de descarga. Na presença de excedente energético, o sistema seleciona o modo Battery Voltage Droop control by charging mode (BVDMcha), no qual a bateria absorve potência; em situação de déficit energético, seleciona-se o modo Battery Voltage Droop control by discharging mode (BVDMdis), no qual a bateria fornece potência ao sistema. Na ausência de necessidade de intercâmbio de energia, a porta 3 2 permanece em estado de espera, caracterizado pelo modo IDLE. De modo complementar, a porta 2, associada à carga CC, incorpora funções de proteção que permitem manter a carga conectada ou realizar sua desconexão. Os resultados de simulação, sob operação ilhada e diferentes condições de irradiância e demanda na carga, mostraram que a tensão da porta 2 permaneceu dentro da faixa especificada tanto em cenários de excedente quanto de déficit de potência, com a porta 3 transitando entre os modos BVDMcha e BVDMdis para absorver ou fornecer energia conforme requerido; adicionalmente, realizou-se uma avaliação comparativa de estratégias alternativas de controle para a porta 3, evidenciando diferenças de compatibilidade dinâmica com a malha fotovoltaica. Em síntese, os resultados obtidos indicam que a topologia multiporta proposta, associada à nova forma de operação e à estratégia de controle desenvolvida, constitui uma solução tecnicamente viável para a integração, em um único estágio de conversão, de elementos operando em diferentes níveis de tensão em arquiteturas CC.pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Engenharia Elétricapt_BR
dc.sizeorduration210pt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::SISTEMAS ELETRICOS DE POTENCIApt_BR
dc.identifier.doihttp://doi.org/10.14393/ufu.te.2026.444pt_BR
dc.orcid.putcode223004187-
dc.crossref.doibatchid00448c63-6258-4a98-b92f-78f7f41b2f66-
dc.subject.autorizadoEngenharia elétricapt_BR
dc.subject.autorizadoEnergia elétrica - Distribuiçãopt_BR
dc.subject.autorizadoTransformadores elétricospt_BR
dc.subject.odsODS::ODS 7. Energia limpa e acessível - Garantir acesso à energia barata, confiável, sustentável e renovável para todos.pt_BR
Appears in Collections:TESE - Engenharia Elétrica

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