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Sobre

O Laboratório de Redes Elétricas Inteligentes e Veículos Elétricos (SGEV) do INESC TEC permite pôr em prática conceitos, algoritmos e conhecimento científico gerado pelo cluster de Sistemas de Energia. Esta implementação abrange protótipos/prova de conceito mais elementares ou mesmo demonstradores completos no terreno.

Estas instalações acolhem estudantes de doutoramento e investigadores avançados que passam pelo processo completo do desenvolvimento de ideia, discussão com pares, desenvolvimento de conhecimento e protótipos, implementação e teste. É isto que tem vindo a acontecer nos últimos anos com investigadores residentes e investigadores estrangeiros convidados a desenvolver o seu trabalho de doutoramento.

O laboratório leva inovação de base científica, o principal resultado do INESC TEC, a importantes players do mercado energético. Estas empresas trabalham em diferentes áreas da energia ‑ recolha/produção, transmissão, distribuição, controlo, proteção e conversão.

O laboratório tem ainda como propósito consciencializar a sociedade para assuntos relacionados com a energia, tais como a eficiência energética, mobilidade elétrica, redes elétricas inteligentes ou energias renováveis. O laboratório é frequentemente visitado por jovens estudantes, investigadores e professores de outras áreas interessados em conhecer a investigação desenvolvida no INESC TEC.

Criado em dezembro de 2010 (instalações provisórias), o laboratório acolhe atualmente 14 investigadores do CPES.

Localização: Edifício INESC TEC, Campus da FEUP-Porto

Áreas de Investigação

Áreas de Investigação

Diretamente associada: Redes Elétricas Inteligentes (Smart Grids)

Outras áreas: Previsão, Sistemas DMS/EMS (Distribution Management Systems / Energy Management Systems, ou sistemas de gestão da distribuição de energia e sistemas de gestão de energia)

Equipamentos

Equipamentos

O Laboratório de Redes Elétricas Inteligentes e Veículos Elétricos pode oferecer uma abordagem vertical, onde é possível desempenhar diferentes tarefas, tais como conceber e modelar sistemas de controlo, algoritmos e eletrónicos, prototipagem eletrónica geral e leve na área de energia, e levar a cabo testes de desempenho e funcionamento com equipamento elétrico e testes integrados/de sistema.

Podem beneficiar desta infraestrutura estudantes de doutoramento e de mestrado, investigadores internos e externos, empresas e outras instituições públicas. A equipa experiente, direta ou diretamente envolvida no laboratório, garante não só os recursos de trabalho e técnicos, mas também formação e aconselhamento em todas das fases de investigação e processos de desenvolvimento.

1. Conceção e modelação

A equipa envolvida nesta fase é capaz de conceber e modelar, de forma analítica, diferentes componentes e sistemas complexos na área dos sistemas de energia e eletrónica de potência. No laboratório, os investigadores levam a cabo diferentes experiências, por exemplo, simulações computacionais destes sistemas utilizando diferentes plataformas, tais como PSSE, EUROSTAG ou MATLAB/Simulink. Em alguns casos, estas simulações são diretamente programadas em plataformas de nível inferior, tirando partido do know-how do INESC TEC em computação numérica. Em muitas situações em que os protótipos têm de ter uma aparência de produto final, as peças são desenhadas e montadas utilizando software CAD 3D e estações de trabalho adequadas para levar a cabo renderizações foto-realistas.

2. Protótipos

Uma das grandes mais-valias da infraestrutura laboratorial é a capacidade de desenvolver e testar protótipos elétricos e eletrónicos. Além de contar com recursos humanos experientes, o laboratório tem equipamento apropriado para fabricar, através de diferentes processos, sistemas elétricos, placas de circuito eletrónico, peças de metal simples e componentes plásticas. Para testar as peças ou os sistemas fabricados, existe uma grande variedade de dispositivos de fornecimento e medição, tais como multímetros de elevada precisão, geradores de sinal, fontes de alimentação e osciloscópios com grande largura de banda. No entanto, um protótipo não é apenas feito de hardware. No laboratório existe ainda uma vasta experiência no desenvolvimento de algoritmos.

3. Testes de equipamento

O laboratório está ainda preparado para levar a cabo testes aprofundados com equipamento e sistemas elétricos e eletrónicos. Trata-se de equipamento comercial tipicamente usado para protótipos avançados/complexos com formas de onda não convencionais. Estes testes passam por componentes internas e operações externas, assim como avaliação de desempenho. O equipamento disponível é adequado para testes de qualidade padronizados de acordo com as normas IEC 61000-3-2 e EN 50160, assim como outras medições, tais como eficiência, consumo de energia e modo standby ou em funcionamento, energia, espetro de frequência, oscilação, etc. É ainda possível levar a cabo análises térmicas à temperatura ambiente utilizando imagiologia térmica ou medições isoladas com IR ou modos de condução.

4. Testes integrados

A plataforma que permite testar estes mecanismos é uma rede de baixa tensão (BT) reconfigurável com duas microrredes, cada uma com três nós separados. Estes nós podem ser interligados através de simuladores de cabo BT ou então encurtados. Os barramentos estão acessíveis através de 30 portas, cada uma com equipamento de proteção e medição que pode ser ligado a protótipos, painéis fotovoltaicos inversores de turbinas eólicas, conversores de frequência, máquinas elétricas, unidades de armazenamento, etc.

Recentemente, o laboratório começou a trabalhar com o conceito de power hardware-in-the-loop (PHIL), que permite novas possibilidades em termos de fiabilidade, desempenho e flexibilidade nas experiências. Anteriormente, este tipo de experiência recorria a computadores industriais que simulavam os modelos da rede elétrica em tempo real, assim como um inversor bidirecional trifásico back-to-back (B2B) concebido para funcionar como uma interface entre simulações em tempo real e aparelhos elétricos reais. Esta plataforma é vista como um elemento chave para o futuro do laboratório, estando os recursos agora atualizados com um simulador de alto desempenho em tempo real (OPAL-RT). Num futuro próximo, a potência da interface passará de 15 para 105 kVA, utilizando conversores de 15 e 90 kVA para expandir as capacidades de teste.

5. Testes em ambiente real

Procurando um ambiente realista para desenvolver e testar as tecnologias criadas pelos investigadores, o INESC TEC pretende ir ainda mais longe ao nível de infraestruturas inteligentes, eletrodomésticos inteligentes e automação de edifícios. Uma plataforma intuitiva com as mesmas características de uma casa normal permitirá a validação, de forma sem precedentes, de diferentes protótipos e provas de conceito. Além disso, funcionará como um local de consciencialização e de transmissão de informação para visitantes acerca de diferentes termos como sustentabilidade, energias renováveis, smart living ou eficiência energética.

A plataforma está equipada com isolamento adequado, assim como sistemas fotovoltaicos e de armazenamento concebidos e desenvolvidos pelo INESC TEC, mobiliário normal e eletrodomésticos inteligentes (ou eletrodomésticos convencionais adaptados para o propósito), instalação reconfigurável e instrumentação e mecanismos de controlo adequados de apoio às atividades experimentais.

Centros e Stakeholders

INESC TEC

CPES
CentroCentro de Sistemas de Energia
009

Projetos

REIVE

Redes Eléctricas Inteligentes com Veículos Eléctricos

2010-2012

SuSTAINABLE

Exploração Inteligente da Rede de Distribuição para Maximizar a Integração de Energias Renováveis

2013-2016

SCADA-BT

Desenvolvimento de um sistema de comando e controlo adequado às smart grids em baixa tensão

2012-2015

Comute-DC

Controlo e operação de redes HVDC multi-terminal em ambiente off-shore

2013-2015

SENSIBLE

Storage-Enabled Sustainable Energy for Buildings and Communities

2015-2018

UPGRID

Real proven solutions to enable active demand and distributed generation flexible integration, through a fully controllable LOW Voltage and medium voltage distribution grid

2015-2018

AnyPLACE

Adaptable Platform for Active Services Exchange

2015-2018

GReSBAS

Grid Responsive Society Through Building Automation Systems

2016-2019

InteGrid

Demonstration of INTElligent grid technologies for renewables INTEgration and INTEractive consumer participation enabling INTEroperable market solutions and INTErconnected stakeholders

2017-2020

Protótipos

Protótipos desenvolvidos no Laboratório de Redes Elétricas Inteligentes e Veículos Elétricos

REIVE

No âmbito do projeto REIVE, foi desenvolvido um conjunto de protótipos, dois para recolha de energias renováveis e um para carregamento de baterias em veículos elétricos.   

COMUTE-DC

No âmbito deste projeto foram desenvolvidos conversores trifásicos e simuladores de linhas por forma a implementar uma versão reduzida de uma rede HVDC com múltiplos terminais. Estes protótipos foram desenvolvidos para implementar um conversor bidirecional AC para DC com uma capacidade de 10 kW. O hardware é implementado com um layout flexível, que pode ser configurado para diferentes aplicações.

ANYPLACE

O projeto ANYPLACE baseia-se em aspetos relacionados com contagem inteligente e automação doméstica. No âmbito do projeto estão atualmente a ser desenvolvidos diferentes sistemas de comunicação/automação e interfaces sensoras.

SENSIBLE

Novo sistema de armazenamento com base em baterias de lítio. A principal característica do desenvolvimento do conversor é a capacidade de suportar cavas de tensão, que será apresentada assim que o demonstrador esteja em funcionamento. Este protótipo inclui melhorias significativas ao nível do desempenho, densidade de potência, e também ao nível das suas características, contando com mais e melhores interfaces de comunicação. SBC – Smart Battery Charger (versão 4)

SuSTAINABLE

Os protótipos SBC ‑ Smart Battery Charger (versão 3)e SSI ‑ Smart Solar Inverter (versão 2, baseada em SISE)estão equipados com um sistema de controlo de voltagem local e remoto, assim como um sistema de comunicação com os contadores inteligentes em conformidade com a arquitetura Inovgrid.  

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