Inversor multiníveis quasi-Z-source com fonte CC única e compartilhamento de potência ativa entre os módulos

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2019
Autor(a) principal: Guisso, Ronaldo Antonio
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
dARK ID: ark:/26339/001300000wj9d
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/1/19138
Resumo: Due to its ability to provide Maximum Power Point Tracking (MPPT) control and independent regulation of the DC bus voltage, this makes the inverter quasi-Z-Source (qZS) an attractive candidate for applications in photovoltaic (PV) systems. To improve the quality of the waveform of the current injected into the grid, cascaded multilevel inverters has gained great interest. In order to understand these concepts, the qZS Cascaded Multilevel Inverter (qZS-CMI) based grid-tie PV systems has previously been proposed. Compared with other inverters, the named Single DC Source quasi-Z-Source Cascade Multilevel Inverter (SS qZS-CMI) has the ability to make use of a single DC source to share active power for all cascaded qZS modules. This is accomplished by replacing its Z-impedance inductances by coupled inductors. The qZS-CMI provides the distributed MPPT, and keeps the DC bus voltage regulation producing a true symmetric CMI topology. In spite of this, a set with strings of separate PV panels are required, making it suitable for PV systems with a few dozens of kilo-Watts (kW) or more. Aiming to keep the advantages of the qZS-CMI for smaller PV systems, this work proposes a novel topology, SS qZS-CMI. Thus providing a detailed analysis of the operation with a design methodology for the hardware, as well as the modeling and controller design. Experimental results are provided to prove the operation of the proposed system and the control strategy implemented. Keywords: cascade loop controller, cascade multilevel inverter (CMI), DC-AC converter, electrical engineering, LCL filter, power electronics, quasi-Z-source inverter (qZSI), renewable energy sources.
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In order to understand these concepts, the qZS Cascaded Multilevel Inverter (qZS-CMI) based grid-tie PV systems has previously been proposed. Compared with other inverters, the named Single DC Source quasi-Z-Source Cascade Multilevel Inverter (SS qZS-CMI) has the ability to make use of a single DC source to share active power for all cascaded qZS modules. This is accomplished by replacing its Z-impedance inductances by coupled inductors. The qZS-CMI provides the distributed MPPT, and keeps the DC bus voltage regulation producing a true symmetric CMI topology. In spite of this, a set with strings of separate PV panels are required, making it suitable for PV systems with a few dozens of kilo-Watts (kW) or more. Aiming to keep the advantages of the qZS-CMI for smaller PV systems, this work proposes a novel topology, SS qZS-CMI. Thus providing a detailed analysis of the operation with a design methodology for the hardware, as well as the modeling and controller design. Experimental results are provided to prove the operation of the proposed system and the control strategy implemented. Keywords: cascade loop controller, cascade multilevel inverter (CMI), DC-AC converter, electrical engineering, LCL filter, power electronics, quasi-Z-source inverter (qZSI), renewable energy sources.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESDevido à sua capacidade de fornecer o controle do rastreamento do ponto de máxima potência (MPPT, do inglês Maximum Power Point Tracking) e regulação independente da tensão do barramento CC faz do inversor quase Fonte Z (qZS, do inglês quasi-Z-Source) um candidato atrativo para aplicações em sistemas de potência fotovoltaica (PV, do inglês Photovoltaic). Para melhorar a qualidade da forma de onda da corrente injetada na rede, os inversores multiníveis cascata tem ganhado grande interesse. Com o objetivo de compreender estes conceitos, o inversor multinível cascata qZS (qZS-CMI, do inglês quasi-Z-Source Cascaded Multilevel Inverter) para sistemas PV conectados à rede já foi proposto anteriormente. Comparado com outros inversores qZS, o nomeado Inversor Multinível Cascata quasi-Z-Source com Fonte CC Única (SS qZS-CMI, do inglês Single DC Source quasi-Z-Source Cascade Multilevel Inverter) tem a habilidade de fazer uso de uma única fonte CC para compartilhar potência ativa para todos os módulos qZS em cascata. Isto é realizado pela substituição do indutor de impedância Z por indutores acoplados. O qZS-CMI fornece o MPPT distribuído e mantém a regulação da tensão do barramento CC possuindo características que denotam esta topologia como sendo uma CMI simétrica. Apesar disso, um conjunto com arranjos de painéis PV separados são necessários, tornando-o adequado para sistemas PV com algumas dezenas de kilo-Watts (kW) ou mais. Com o objetivo de manter as vantagens do qZS-CMI para sistemas PV menores, este trabalho propõe uma nova topologia, o SS qZS-CMI. Fornecendo assim uma análise detalhada da operação com uma metodologia de projeto para o hardware, bem como a modelagem e o projeto dos controladores. Resultados experimentais são fornecidos comprovando assim a operação do sistema proposto e a estratégia de controle implementada.Universidade Federal de Santa MariaBrasilEngenharia ElétricaUFSMPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaCentro de TecnologiaMartins, Mário Lúcio da Silvahttp://lattes.cnpq.br/2730012969211616Dupont, Fabrício Hoffhttp://lattes.cnpq.br/2244266032297061Grigoletto, Felipe Bovolinihttp://lattes.cnpq.br/7906627505162145Tibola, Jonas Robertohttp://lattes.cnpq.br/7203480799215375Beltrame, Rafael Concattohttp://lattes.cnpq.br/0818364721574204Guisso, Ronaldo Antonio2019-12-10T20:24:59Z2019-12-10T20:24:59Z2019-07-26info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/19138ark:/26339/001300000wj9dporAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2019-12-11T06:02:47Zoai:repositorio.ufsm.br:1/19138Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/PUBhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.com||manancial@ufsm.bropendoar:2019-12-11T06:02:47Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false
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