Quasi-Y source multifunctional inverter for distributed PV power generation - Santos, Rafael dos [UNESP] (2023)
Os geradores solares fotovoltaicos conectados à rede elétrica podem executar mais funcionalidades do que apenas injetar potência ativa na rede elétrica, podendo também executar serviços ancilares, tal como preconiza a normativa IEEE 1547-2018. Nesse sentido, o emprego de inversores baseados em redes de impedância em geradores solares fotovoltaicos apresenta-se como uma solução potencialmente relevante. Em particular, a topologia de rede de impedância Quasi-Fonte Y destaca-se por possuir características vantajosas para integrar geradores solares fotovoltaicos, tais como flexibilidade de projeto ao se definir a proporção de espiras δ dos indutores-acoplados e a razão cíclica de shoot-through Dst, modo de condução contínua da corrente no estágio de entrada e capacidade de prover elevados ganhos de tensão com menores razões cíclicas. Todavia, não há trabalhos na literatura empregando tal topologia em geradores fotovoltaicos explorando operação multifuncional. Desta forma, o objetivo principal desta tese está relacionado com a modelagem, projeto e desenvolvimento prático de um inversor Quasi-Fonte Y, incluindo as estratégias de controle que viabilizem sua utilização em um gerador solar fotovoltaico multifuncional trifásico a três fios. Assim sendo, no presente trabalho desenvolve-se um projeto detalhado da rede de impedância, por meio da demonstração das formulações matemáticas necessárias para se especificar seus componentes, baseando-se em valores típicos encontrados em inversores fotovoltaicos comerciais. Adicionalmente, apresenta-se uma metodologia para determinação dos controladores responsáveis pela regulação do barramento CC e corrente do estágio CA do inversor, respectivamente. Para isso, utiliza-se de modelos de pequenos sinais baseados na média de espaço de estados e demonstra-se a obtenção de todas as funções de transferência necessárias para o projeto. Além disso, propõe-se uma metodologia de projeto de um controlador linear MPPT baseado no algoritmo "perturba e observa", incluindo requisitos dinâmicos de controle e determinação das funções de transferência necessárias para o projeto. Para demonstrar a operacionalidade do conversor, simulações computacionais foram realizadas considerando o emprego do inversor fotovoltaico multifuncional Quasi-Fonte Y atuando com diferentes cargas conectadas ao ponto de acoplamento comum. Através dos resultados de simulação, demonstra-se a capacidade do inversor de injetar potência ativa e realizar serviços ancilares simultaneamente, além de se indicar a correta sequência de ativação das diferentes malhas de controle envolvidas, garantindo o funcionamento integral do sistema. Ao fim do trabalho, resultados experimentais são apresentados, a partir de um protótipo de pequena escala com capacidade de processamento de 1,2 kW, tensão de entrada de 250 Vcc e conexão com rede CA trifásica de 220 Vrms de linha e 60 Hz. Finalmente, por meio da análise dos resultados obtidos, pode-se concluir que a viabilidade da aplicação proposta, incluindo as metodologias de projeto apresentadas, foram confirmadas satisfatoriamente.