Modelagem e controle de um conversor SEPIC isolado com célula dobradora de tensão para aplicação em microinversores fotovoltaicos

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2021
Autor(a) principal: Romitti, Leonardo
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
dARK ID: ark:/26339/001300000kgqq
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Santa Maria
Brasil
Engenharia Elétrica
UFSM
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Centro de Tecnologia
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.ufsm.br/handle/1/27057
Resumo: With the increase in the installation of photovoltaic systems connected to the grid, several types of research have been carried out to develop and improve the electronic circuits used in the processing of energy supplied by these systems. Among the different configurations, microinverters have received a lot of attention due to their many advantages. In these systems, a control strategy composed of a proportional-integral (PI) controller and a Maximum Power Point Tracking Method (MPPT) is commonly used. Thus, this work has as main objectives to develop the dynamic modeling, the control, and the implementation of a DC-DC converter with high voltage gain to be applied as the first stage of a photovoltaic microinverter. To achieve a high voltage gain, which is necessary for this kind of system, but with low values of duty cycle and transformer turns ratio, a Greinacher voltage multiplier cell is applied at transformer secondary side. Thus, to obtain the dynamic model of the converter the state-space averaging technique is applied, considering an equivalent circuit with the parameters of the secondary side reflected for the primary side of the transformer. In addition, for this case, the Perturb and Observe method (P&O) is adopted. To validate the DC analysis, the dynamic model, and also the design of the control system, experimental results are presented considering open-loop and closed-loop analysis for a 310 W prototype. Finally, the efficiency curve considering different irradiance levels is presented, so that the weighted average European and Californian efficiencies are estimated, which presented values, respectively, of 96.54 % and 96.99 %, which can be considered high values for a converter that uses only one switch.
id UFSM_6b807e3bb15ae61c0dc0b45956ef0a56
oai_identifier_str oai:repositorio.ufsm.br:1/27057
network_acronym_str UFSM
network_name_str Manancial - Repositório Digital da UFSM
repository_id_str
spelling Modelagem e controle de um conversor SEPIC isolado com célula dobradora de tensão para aplicação em microinversores fotovoltaicosModeling and control of an isolated SEPIC converter with a voltage multiplier cell for photovoltaic microinverters applicationSistemas fotovoltaicosMicroinversoresConversores CC–CC de elevado ganhoSEPIC isoladoCélula multiplicadora de tensãoModelagem e controlePhotovoltaic systemsMicroinvertersHigh voltage gain DC–DC converterIsolated SEPICVoltage multiplier cellModeling and controlCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICAWith the increase in the installation of photovoltaic systems connected to the grid, several types of research have been carried out to develop and improve the electronic circuits used in the processing of energy supplied by these systems. Among the different configurations, microinverters have received a lot of attention due to their many advantages. In these systems, a control strategy composed of a proportional-integral (PI) controller and a Maximum Power Point Tracking Method (MPPT) is commonly used. Thus, this work has as main objectives to develop the dynamic modeling, the control, and the implementation of a DC-DC converter with high voltage gain to be applied as the first stage of a photovoltaic microinverter. To achieve a high voltage gain, which is necessary for this kind of system, but with low values of duty cycle and transformer turns ratio, a Greinacher voltage multiplier cell is applied at transformer secondary side. Thus, to obtain the dynamic model of the converter the state-space averaging technique is applied, considering an equivalent circuit with the parameters of the secondary side reflected for the primary side of the transformer. In addition, for this case, the Perturb and Observe method (P&O) is adopted. To validate the DC analysis, the dynamic model, and also the design of the control system, experimental results are presented considering open-loop and closed-loop analysis for a 310 W prototype. Finally, the efficiency curve considering different irradiance levels is presented, so that the weighted average European and Californian efficiencies are estimated, which presented values, respectively, of 96.54 % and 96.99 %, which can be considered high values for a converter that uses only one switch.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESConselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqFundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul - FAPERGSCom o aumento na instalação de sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica, diversas pesquisas vêm sendo realizadas com o objetivo de desenvolver e aprimorar os circuitos eletrônicos empregados no processamento da energia fornecida por estes sistemas. Entre as diferentes configurações, os microinversores têm recebido bastante atenção devido às suas diversas vantagens. Nestes sistemas, comumente é utilizada uma estratégia de controle composta por um compensador do tipo proporcional-integral (PI) e por um Método de Rastreamento do Ponto de Máxima Potência (MPPT). Deste modo, este trabalho tem como principais objetivos realizar a modelagem dinâmica, o controle e a implementação de um conversor CC-CC de elevado ganho estático para a utilização como primeiro estágio de conversão de energia de um microinversor. A fim de obter o elevado ganho estático necessário para esta aplicação, mas com baixos valores de razão cíclica e relação de transformação, é utilizado um conversor SEPIC isolado com uma célula dobradora de tensão do tipo Greinacher aplicada ao estágio secundário do transformador. Deste modo, para a obtenção do modelo dinâmico do conversor é empregada a técnica do modelo médio por espaço de estados, considerando um circuito equivalente com os parâmetros do secundário refletidos para o primário do transformador. Além disso, para o rastreamento do ponto de máxima potência do módulo é utilizado o método de Perturbação e Observação (P&O). Com o objetivo de validar a análise CC, a modelagem dinâmica e também o projeto do sistema de controle, são apresentados resultados experimentais em malha aberta e em malha fechada referentes à um protótipo de 310 W do conversor investigado. Por fim, foi determinada a curva de rendimento versus irradiância para o sistema em malha fechada, a partir da qual foram estimadas as eficiências médias ponderadas europeia e californiana que apresentaram valores, respectivamente, de 96,54 % e 96,99 %, que podem ser considerados elevados para um conversor que utiliza apenas uma chave.Universidade Federal de Santa MariaBrasilEngenharia ElétricaUFSMPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaCentro de TecnologiaSchuch, Lucianohttp://lattes.cnpq.br/6395346342569490Andrade, António Manuel Santos SpencerRoggia, LeandroGuisso, Ronaldo AntonioRomitti, Leonardo2022-11-22T18:21:20Z2022-11-22T18:21:20Z2021-12-20info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/27057ark:/26339/001300000kgqqporAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2022-11-22T18:21:20Zoai:repositorio.ufsm.br:1/27057Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/PUBhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.com||manancial@ufsm.bropendoar:2022-11-22T18:21:20Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false
dc.title.none.fl_str_mv Modelagem e controle de um conversor SEPIC isolado com célula dobradora de tensão para aplicação em microinversores fotovoltaicos
Modeling and control of an isolated SEPIC converter with a voltage multiplier cell for photovoltaic microinverters application
title Modelagem e controle de um conversor SEPIC isolado com célula dobradora de tensão para aplicação em microinversores fotovoltaicos
spellingShingle Modelagem e controle de um conversor SEPIC isolado com célula dobradora de tensão para aplicação em microinversores fotovoltaicos
Romitti, Leonardo
Sistemas fotovoltaicos
Microinversores
Conversores CC–CC de elevado ganho
SEPIC isolado
Célula multiplicadora de tensão
Modelagem e controle
Photovoltaic systems
Microinverters
High voltage gain DC–DC converter
Isolated SEPIC
Voltage multiplier cell
Modeling and control
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
title_short Modelagem e controle de um conversor SEPIC isolado com célula dobradora de tensão para aplicação em microinversores fotovoltaicos
title_full Modelagem e controle de um conversor SEPIC isolado com célula dobradora de tensão para aplicação em microinversores fotovoltaicos
title_fullStr Modelagem e controle de um conversor SEPIC isolado com célula dobradora de tensão para aplicação em microinversores fotovoltaicos
title_full_unstemmed Modelagem e controle de um conversor SEPIC isolado com célula dobradora de tensão para aplicação em microinversores fotovoltaicos
title_sort Modelagem e controle de um conversor SEPIC isolado com célula dobradora de tensão para aplicação em microinversores fotovoltaicos
author Romitti, Leonardo
author_facet Romitti, Leonardo
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Schuch, Luciano
http://lattes.cnpq.br/6395346342569490
Andrade, António Manuel Santos Spencer
Roggia, Leandro
Guisso, Ronaldo Antonio
dc.contributor.author.fl_str_mv Romitti, Leonardo
dc.subject.por.fl_str_mv Sistemas fotovoltaicos
Microinversores
Conversores CC–CC de elevado ganho
SEPIC isolado
Célula multiplicadora de tensão
Modelagem e controle
Photovoltaic systems
Microinverters
High voltage gain DC–DC converter
Isolated SEPIC
Voltage multiplier cell
Modeling and control
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
topic Sistemas fotovoltaicos
Microinversores
Conversores CC–CC de elevado ganho
SEPIC isolado
Célula multiplicadora de tensão
Modelagem e controle
Photovoltaic systems
Microinverters
High voltage gain DC–DC converter
Isolated SEPIC
Voltage multiplier cell
Modeling and control
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
description With the increase in the installation of photovoltaic systems connected to the grid, several types of research have been carried out to develop and improve the electronic circuits used in the processing of energy supplied by these systems. Among the different configurations, microinverters have received a lot of attention due to their many advantages. In these systems, a control strategy composed of a proportional-integral (PI) controller and a Maximum Power Point Tracking Method (MPPT) is commonly used. Thus, this work has as main objectives to develop the dynamic modeling, the control, and the implementation of a DC-DC converter with high voltage gain to be applied as the first stage of a photovoltaic microinverter. To achieve a high voltage gain, which is necessary for this kind of system, but with low values of duty cycle and transformer turns ratio, a Greinacher voltage multiplier cell is applied at transformer secondary side. Thus, to obtain the dynamic model of the converter the state-space averaging technique is applied, considering an equivalent circuit with the parameters of the secondary side reflected for the primary side of the transformer. In addition, for this case, the Perturb and Observe method (P&O) is adopted. To validate the DC analysis, the dynamic model, and also the design of the control system, experimental results are presented considering open-loop and closed-loop analysis for a 310 W prototype. Finally, the efficiency curve considering different irradiance levels is presented, so that the weighted average European and Californian efficiencies are estimated, which presented values, respectively, of 96.54 % and 96.99 %, which can be considered high values for a converter that uses only one switch.
publishDate 2021
dc.date.none.fl_str_mv 2021-12-20
2022-11-22T18:21:20Z
2022-11-22T18:21:20Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://repositorio.ufsm.br/handle/1/27057
dc.identifier.dark.fl_str_mv ark:/26339/001300000kgqq
url http://repositorio.ufsm.br/handle/1/27057
identifier_str_mv ark:/26339/001300000kgqq
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International
info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de Santa Maria
Brasil
Engenharia Elétrica
UFSM
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Centro de Tecnologia
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de Santa Maria
Brasil
Engenharia Elétrica
UFSM
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Centro de Tecnologia
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Manancial - Repositório Digital da UFSM
instname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)
instacron:UFSM
instname_str Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)
instacron_str UFSM
institution UFSM
reponame_str Manancial - Repositório Digital da UFSM
collection Manancial - Repositório Digital da UFSM
repository.name.fl_str_mv Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)
repository.mail.fl_str_mv atendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.com||manancial@ufsm.br
_version_ 1847153413702287360