Conversores multiníveis com aterramento comum para sistemas de geração solar fotovoltaica conectados à rede elétrica

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Cedieu, Sound
Orientador(a): Grigoletto, Felipe Bovolini
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal do Pampa
Programa de Pós-Graduação: Mestrado Acadêmico em Engenharia Elétrica
Departamento: Campus Alegrete
País: Brasil
Palavras-chave em Português:
Engenharia elétrica
Energia - Fontes alternativas
Energia solar
Electrical engineering
Renewable energy sources
Solar energy
Área do conhecimento CNPq:
CNPQ::ENGENHARIAS
Link de acesso: https://repositorio.unipampa.edu.br/jspui/handle/riu/9061
Resumo: As energias renováveis têm sido amplamente exploradas nos últimos anos, a ponto de contribuírem consideravelmente para a produção global de eletricidade. Particularmente, os sistemas de geração solar fotovoltaica conectados à rede podem dispensar o uso do transformador. Este fato agrega ao conversor maior eficiência, menor custo e menor volume/peso. Entretanto, as tensões de modo comum geradas pelo conversor podem dar origem às correntes de fuga que circulam pelas capacitâncias parasitas e indutâncias de filtro. Estas correntes devem ser mitigadas a fim de não trazer prejuízos para equipamentos e pessoas. Assim, este trabalho trata do desenvolvimento de conversores que dispensam o uso de transformador de baixa frequência, com aterramento comum para mitigar a corrente de fuga. Eles são compostos por um número menor de semicondutores em comparação às outras topologias da mesma categoria e sintetizam tensão de saída com cinco níveis. São propostos dois conversores: o primeiro conversor opera em modo abaixador de tensão e o outro com dupla possibilidade de ganho (abaixador e elevador). O projeto dos dispositivos ativos e passivos, bem como a análise de perdas são apresentados em detalhes na presente dissertação. A Modulação Space-Vector é empregada para a geração dos sinais de comando dos interruptores de potência e o controlador Proporcional Ressonante (PR) é projetado para rastrear a corrente injetada na rede. Além disso, o desempenho dos conversores foi testado por meio de simulações e experimentalmente com protótipos de 500W. Palavras-chave: Energia solar fotovoltaica, Conversores multiníveis, Tensão de modo comum, Corrente de fuga.
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Estas correntes devem ser mitigadas a fim de não trazer prejuízos para equipamentos e pessoas. Assim, este trabalho trata do desenvolvimento de conversores que dispensam o uso de transformador de baixa frequência, com aterramento comum para mitigar a corrente de fuga. Eles são compostos por um número menor de semicondutores em comparação às outras topologias da mesma categoria e sintetizam tensão de saída com cinco níveis. São propostos dois conversores: o primeiro conversor opera em modo abaixador de tensão e o outro com dupla possibilidade de ganho (abaixador e elevador). O projeto dos dispositivos ativos e passivos, bem como a análise de perdas são apresentados em detalhes na presente dissertação. A Modulação Space-Vector é empregada para a geração dos sinais de comando dos interruptores de potência e o controlador Proporcional Ressonante (PR) é projetado para rastrear a corrente injetada na rede. Além disso, o desempenho dos conversores foi testado por meio de simulações e experimentalmente com protótipos de 500W. Palavras-chave: Energia solar fotovoltaica, Conversores multiníveis, Tensão de modo comum, Corrente de fuga.Renewable energies have been widely explored in recent years, to the point of contributing considerably to global electricity production. Particularly, photovoltaic solar generation systems connected to the grid can eliminate the need for a transformer. This fact adds to the converter greater efficiency, lower cost and lower volume/weight. However, the common mode voltages generated by the converter can give rise to leakage currents that flow through the parasitic capacitances and filter inductances. These currents must be mitigated in order not to cause damage to equipment and people. Therefore, this work deals with the development of converters that do not require the use of a low-frequency transformer, with common grounding to mitigate leakage current. They are composed of a smaller number of semiconductors compared to other topologies in the same category and synthesize output voltage with five levels. Two converters are proposed: the first converter operates in voltage step-down mode and the other with dual gain possibilities (step-down and step-up). The design of active and passive devices, as well as loss analysis are presented in detail in this dissertation. Space-Vector Modulation is used to generate the power switch command signals and the Proportional Resonant (PR) controller is designed to track the current injected into the network. Furthermore, the performance of the converters was tested through simulations and experimentally with 500W prototypes. Keywords: Photovoltaic solar energy, Multilevel converters, Common-mode voltage, Leakage current.porUniversidade Federal do PampaMestrado Acadêmico em Engenharia ElétricaUNIPAMPABrasilCampus AlegreteCNPQ::ENGENHARIASEngenharia elétricaEnergia - Fontes alternativasEnergia solarElectrical engineeringRenewable energy sourcesSolar energyConversores multiníveis com aterramento comum para sistemas de geração solar fotovoltaica conectados à rede elétricainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UNIPAMPAinstname:Universidade Federal do Pampa (UNIPAMPA)instacron:UNIPAMPAORIGINALSound Cedieu - 2023.pdfSound Cedieu - 2023.pdfapplication/pdf9017213https://repositorio.unipampa.edu.br/bitstreams/2c987210-3437-4c2e-b53f-8bda05e028a3/download408c5cb7d1be4ad9bfad6fd9e4ffa285MD51trueAnonymousREADLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81854https://repositorio.unipampa.edu.br/bitstreams/8f1ec9de-2e68-4a49-96d6-df16ff4cae5c/downloadc9ad5aff503ef7873c4004c5b07c0b27MD52falseAnonymousREADriu/90612024-03-11 17:57:48.783open.accessoai:repositorio.unipampa.edu.br:riu/9061https://repositorio.unipampa.edu.brRepositório InstitucionalPUBhttp://dspace.unipampa.edu.br:8080/oai/requestsisbi@unipampa.edu.bropendoar:2024-03-11T17:57:48Repositório Institucional da UNIPAMPA - Universidade Federal do Pampa (UNIPAMPA)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