Análise comparativa entre o controle preditivo e outras estratégias de controle para inversores conectados à rede

Abstract

Este trabalho apresenta um estudo comparativo de estratégias de controle de corrente aplicadas a inversores monofásicos conectados à rede elétrica, com foco na avaliação de desempenho, qualidade de energia e robustez frente a variações paramétricas. Foram analisados os métodos Proporcional–Integral (PI), Proporcional-Ressonante (PR), Controle por histerese e Controle Preditivo Baseado em Conjunto Finito de Estados (FCS-MPC), por meio de simulações no ambiente MATLAB/Simulink sob diferentes condições de operação, incluindo variações na referência de corrente e na amplitude da tensão da rede. A avaliação foi realizada com base em métricas de erro de rastreamento (ISE, ITSE, IAE e ITAE), distorção harmônica total (THD) e parâmetros transitórios, como tempo de subida, tempo de pico e sobressinal. Os resultados indicam que os controladores PI e PR apresentam melhor desempenho em regime permanente, com baixos erros e reduzida distorção harmônica, enquanto o controle por histerese se destaca pela rápida resposta dinâmica, porém com maior taxa de distorção harmônica de corrente (THDi). O FCS-MPC demonstrou superioridade na resposta transitória e maior robustez frente a variações da tensão da rede, ao custo de maior complexidade computacional. Adicionalmente, foi proposta uma análise comparativa baseada na normalização das métricas, permitindo uma avaliação mais abrangente do desempenho, evidenciando o compromisso entre as estratégias e contribuindo para a escolha do método de controle mais adequado para inversores conectados à rede.

This work presents a comparative study of current control strategies applied to singlephase grid-connected inverters, focusing on performance evaluation, power quality, and robustness under parametric variations. The Proportional–Integral (PI), ProportionalResonant (PR), hysteresis control, and Finite Control Set Model Predictive Control (FCSMPC) methods were analyzed through simulations in the MATLAB/Simulink environment under different operating conditions, including variations in current reference and grid voltage amplitude. The evaluation was based on tracking error metrics (ISE, ITSE, IAE, and ITAE), total harmonic distortion (THD), and transient parameters such as rise time, peak time, and overshoot. The results indicate that PI and PR controllers achieve better steady-state performance, with low error and reduced harmonic distortion, while hysteresis control stands out for its fast dynamic response, albeit with a higher current total harmonic distortion (THDi). The FCS-MPC demonstrated superior transient response and greater robustness to grid voltage variations, at the expense of higher computational complexity. Additionally, a comparative analysis based on normalized performance metrics was proposed, enabling a more comprehensive performance evaluation, highlighting the trade-offs among the strategies, and contributing to the selection of the most suitable control method for grid-connected inverters.