Inversor integrado Cuk para aproveitamento da energia fotovoltaica em conexão com a rede em corrente alternada

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Data

2019-02-06

Autores

Benites Quispe, Jhon Brajhan

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Editor

Universidade Estadual Paulista (Unesp)

Resumo

Considerando o atual crescimento dos sistemas baseados em fontes de energia renováveis para a Geração Distribuída (GD), novas estruturas de potência estão sendo desenvolvidas para os sistemas de conversão. O presente estudo propõe a utilização do Inversor Integrado Cuk para o processamento da energia solar fotovoltaica proveniente de um conjunto de módulos fotovoltaicos. Este inversor é o resultado da integração de um conversor Cuk e um inversor de ponte completa, sendo capaz de realizar as funções de elevação e redução de tensão, e a função de converter a corrente continua em alternada, possuindo um grande potencial para a obtenção de uma estrutura de potência de reduzido volume e alto rendimento, garantindo uma baixa distorção harmônica da corrente injetada à rede. Neste trabalho de dissertação são apresentadas as análises quantitativa e qualitativa do inversor com o objetivo de mostrar em detalhes o seu funcionamento e apresentar as principais equações elétricas dos componentes reativos e semicondutores. Além disso, para a obtenção do modelo dinâmico em pequeno sinal do inversor, o método de média do circuito e modelagem média de interruptores é utilizado a fim de projetar os controladores do modo de controle adotado, o qual consiste em dois laços de corrente retroalimentados. Por outro lado, uma comparação das diferentes configurações de módulos fotovoltaicos conectados ao inversor é realizada através dos dados de simulação, a fim de obter a configuração com as melhores características de rendimento do sistema. Os algoritmos de rastreamento do ponto de máxima potência (baseado no método P&O), sincronismo (baseado no EPLL) e detecção de anti-ilhamento (baseado no método SMS) são testados em simulação através da ferramenta computacional de Matlab/Simulink e posteriormente implementados em um Controlador Digital de sinais (DSC – Digital Signal Controller), o qual permite uma maior flexibilidade na concepção das lógicas de controle. Finalmente, os principais resultados experimentais do Inversor Integrado Cuk, obtidos no laboratório, são apresentados a fim de verificar as análises teóricas realizadas neste trabalho de dissertação.
Considering the current growth of the renewable energy sources-based systems for Distributed Generation (DG), new power structures are being developed for the conversion systems. The present study proposes the use of the Cuk Integrated Inverter for the processing of photovoltaic solar energy from a set of photovoltaic modules. This inverter is the result of the integration of a Cuk converter and a Full Bridge inverter, being able to perform the functions of raise and reduce voltage, and the function of converting the direct current (DC) to alternating current (AC), possessing a great potential for obtaining a power structure of reduced volume and high performance, guaranteeing a low harmonic distortion of the current injected into the electric grid. In this research work, the quantitative and qualitative analysis of the inverter are presented in order to show in detail its operation and present the main electrical equations of the reactive and semiconductor components. In addition, to obtain the dynamic model in small signal of the inverter, the method of Circuit Averaging and Averaged Switch Modeling is used in order to design the controllers of the adopted control mode, which consists of two feedback loops of current. On the other hand, a comparison of the different configurations of photovoltaic modules connected to the inverter is performed by simulation data, in order to obtain the configuration with the best performance characteristics of the system. The maximum power point tracking (based on the P&O method), synchronism (based on EPLL) and Anti-Islanding detection (based on the SMS method) algorithms are tested in simulation through the Matlab/Simulink computational tool and later implemented in a DSC, which allows greater flexibility in the design of the control logic. Finally, the main experimental results of the Cuk Integrated Inverter, obtained in the laboratory, are presented in order to verify the theoretical analyzes performed in this research work.

Descrição

Palavras-chave

Inversor integrado Cuk, Energia Solar, Módulo fotovoltaico, Algoritmo MPPT, Sincronismo, Anti-ilhamento, Controle, Cuk integrated inverter, Solar energy, Photovoltaic module, Synchronism, Anti-islanding, MPPT algorithm, Control

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