O consumo de energia elétrica é essencial para o quotidiano das pessoas e empresas, sendo por isso necessário um fornecimento de energia continuo e garantindo elevados padrões de qualidade de energia elétrica.

Durante os últimos 20 anos, o solid‑state transformer (SST) tem sido alvo de investigação científica no sentido de substituir o transformador convencional. Face aos transformadores convencionais, o SST apresenta inúmeras vantagens, como por exemplo, permite reduzir o volume e peso, um elevado grau de controlabilidade. Devido a novas tendências e novos equipamentos ligados à rede elétrica, um SST pode ter a saída em ca ou cc, enquanto que a entrada é sempre em ca, operando com elevados padrões de qualidade de energia elétrica (reduzida distorção harmónica na corrente e fator de potencia unitário).

Os SST permitem uma melhor integração das energias renováveis e sistemas de armazenamento de energia, tal como gestão de energia nas micro grids sendo assim um bloco chave no desenvolvimento das smart grids. Além disso, com a introdução desta tecnologia será possível a comunicação com os fornecedores de energia e os clientes visando estabelecer modos de operação específicos.

Apesar das diversas vantagens, um SST apresenta algumas desvantagens. Atualmente, um SST não é tão eficiente como um transformador convencional, sendo também mais caro devido a utilização de diversos dispositivos eletrónicos e por toda a investigação e respetivo desenvolvimento. Face a isto, um SST ainda não pode ser visto como um substituído direto a um transformador convencional nos sistemas de distribuição. Este facto deve-se as perdas devido a comutação dos semicondutores usados (Mosfet, IGBTs) a altas frequências. Com o surgimento de novos semicondutores como os SiCs, carbonetos de silício, verifica-se uma diminuição das perdas e um incremento da frequência de operação.

Esta dissertação tem como principal finalidade o desenvolvimento de um SST monofásico que permita o controlo da corrente de entrada e da tensão e frequência de saída, assim como a operação bidirecional. Consequentemente, com esta controlabilidade é desejado atingir elevados padrões de qualidade de energia elétrica, tal como um aumento da eficiência energética, comprovando a utilidade desta tecnologia.

A topologia do SST a ser desenvolvida é constituída por três principais estágios. Um estágio composto por um sistema integrado de potência, onde constam um conversor CA-CC bidirecional, responsável pela interface entre a rede elétrica e o barramento CC. Um segundo estágio onde é efetuado o isolamento galvânico, com recurso a um transformador de alta frequência. Este estágio é composto por um conversor CC‑CA e por um conversor CA‑CC, ambos bidirecionais, pois os transformadores operam com tensões alternadas. Por fim, o SST desenvolvido é composto por um conversor CA-CC, encarregue pela interface com as cargas.