Sistema de projetos otimizados de conversores estáticos (POCE) usando algoritmos genéticos
Resumo
Atualmente há uma crescente necessidade da utilização racional e eficiente de energia gerada, seja ela de fontes tradicionais ou renováveis. A eletrônica de potência realiza a interface entre a geração e o consumo, permitindo explorar todo o potencial da maioria dos recursos energéticos, pois conversores eletrônicos de potência executam a interface entre a geração e o consumo, convertendo e controlando o fluxo de energia, permitindo o uso de todo o potencial da maioria das fontes de energia. Esforços são empregados na busca de algoritmos, métodos e técnicas de construção de conversores estáticos, explorando questões como a otimização com relação ao volume. Um volume reduzido significa o uso de uma menor quantidade de matéria prima, que, muito provavelmente, resulta em um custo menor e muitas vezes em maior eficiência. O objetivo geral deste trabalho é o desenvolvimento de uma tecnologia computacional para realizar de forma rápida e eficaz o projeto otimizado de conversores estáticos visando atender requisitos de perdas, volume e custo. Cada projeto de conversor é realizado de forma global, tendo como referência o ponto de operação (i@fs), onde i é a ondulação da corrente de entrada e fs é a frequência de comutação. A ferramenta computacional construída permite, além da criação de projetos para diferentes pontos de operação, a criação de diferentes projetos para um mesmo ponto de operação, os quais variam de acordo com as tecnologias de componentes empregadas. Isto é, fixando-se um ponto de operação é possível obter projetos compostos por diferentes diodos, chaves, núcleos magnéticos, capacitores, etc. Para cada projeto gerado é possível observar seu volume, perdas e custo. Os componentes utilizados nos projetos devem estar organizados em um banco de dados, o que permite a fácil inclusão de novos componentes para geração de novos projetos. O sistema possibilita não apenas a visualização de detalhes de projetos de conversores com perdas, volume e custos reduzidos, mas também a visualização de diferentes gráficos relacionando frequência de comutação, ondulação da corrente de entrada, perdas, volume, rendimento e custos. Foi desenvolvido um protótipo de um sistema computacional, denominado Sistema POCE (Projetos Otimizados de Conversores Estáticos), onde o projeto de um conversor estático é realizado a partir da escolha da topologia, da seleção dos parâmetros de construção e de um banco de dados de componentes. Foram implementados diferentes algoritmos para pesquisar o espaço de soluções, entre eles: um de varredura completa e outros que utilizam algoritmos genéticos. O protótipo desenvolvido permite, incialmente, que sejam gerados conversores das topologias Boost PFC, Boost CC/CC e Buck CC/CC. O trabalho apresenta resultados obtidos através da utilização do protótipo, o qual foi desenvolvido em linguagem Java 8 e usando o sistema de gerenciamento de banco de dados PostgreSQL.
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