Estudo de um inversor fotovoltaico para controle e compensação de reativos e harmônicos

Abstract

Esta dissertação apresenta o desenvolvimento e as simulações computacionais de um inversor fotovoltaico de 2,0 kVA para o controle da potência reativa na rede de distribuição, de modo que haja compensação ativa do fator de potência e aumento da qualidade da energia no local da instalação da planta. Para atingir este objetivo, por meio do ambiente de desenvolvimento do MATLAB/Simulink®, o controle da potência ativa foi realizado pelo ajuste do ângulo entre a tensão da rede e a tensão gerada pelo inversor, por meio do equilíbrio do potencial do barramento CC (proveniente do gerador fotovoltaico). A potência reativa, por sua vez, foi ajustada pela amplitude da tensão do ponto de acoplamento de uma carga local. Além disto, utilizaram-se controladores proporcionais-ressonantes nas malhas de tensão e corrente do conversor trifásico, com finalidade de mitigar as correntes harmônicas de cargas não-lineares que podem depreciar o fator de potência. Foi implementado, também, um conversor CC-CC isolado full-bridge do tipo boost com potência nominal de 1,8 kW, responsável por rastrear o ponto de máxima potência dos módulos fotovoltaicos. Os resultados obtidos permitiram a avaliação do desempenho dos controladores e a observação da conservação, pelo inversor, do fator de potência da rede próximo da unidade para situações com variações acentuadas da carga e da irradiação solar, bem como para os casos com a presença de cargas não-lineares no sistema. Com isso, o perfil de tensão entregue à carga é aproximadamente senoidal, com baixa distorção harmônica.

This dissertation presents the development and computational simulations of a 2.0 kVA photovoltaic inverter for the control of the reactive power in the distribution network, so that there is active power factor compensation and an increase in the quality of the energy at the installation site plant. In order to reach this objective, the MATLAB/Simulink® development environment was used to control the active power by adjusting the angle between the grid voltage and the voltage generated by the inverter, by means of the potential balance of the DC (from the photovoltaic generator). The reactive power, in turn, was adjusted by the amplitude of the voltage of the coupling point of a local load. In addition, resonant-proportional controllers were used in the voltage and current loops of the three-phase converter, in order to mitigate the harmonic currents of non-linear loads that may depreciate the power factor. A full-bridge, full-bridge boost converter with nominal power of 1.8 kW was also implemented, responsible for tracking the maximum power point of the photovoltaic modules. The results obtained allowed the evaluation of the performance of the controllers and the observation of the conservation by the inverter of the power factor of the network close to the unit for situations with marked variations of the load and the solar irradiation, as well as for the cases with the presence of loads in the system. Thus, the voltage profile delivered to the load is approximately sinusoidal, with low harmonic distortion.