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Victor Flores Mendeshttp://lattes.cnpq.br/3391963984567917Heverton Augusto PereiraDanilo Iglesias BrandãoThiago Ribeiro de OliveiraFernando Lessa TofoliErick Matheus da Silveira Britohttp://lattes.cnpq.br/7112061471290270Victor Magno Rodrigues de Jesus2023-06-30T17:33:34Z2023-06-30T17:33:34Z2023-04-13http://hdl.handle.net/1843/55633Renewable energy sources have significantly contributed to the new form of power generation that is connected to distribution and transmission systems. The distributed energy generation provided by renewable sources has been receiving increased investment, particularly photovoltaic (PV) solar energy. Power inverters play a key role in these grid-tied systems and their multifunctional operation has become a focus for achieving better cost-benefit. Multifunctional inverters are capable of attend various needs of the electrical grid, which contributes to greater efficiency and system optimization. The main objective of a PV inverter is to inject active power into the ac-grid, however due to variations in solar irradiance, they often operate below their rated current. This current margin can be used for ancillary services, such as reactive power and harmonic current support (HCS). This thesis investigates the impact of HCS on the design, operation, and control of grid-tied PV systems. The work focuses on exploring the effects of ancillary services, which can interfere with the correct functioning of distributed generation (DG) systems. Key contributions of this thesis include an algorithm for determining the limits of HCS, guidelines to obtain the voltage and current capability curves for PV inverters, analysis of nonlinear inductors impact on capability curves, and recommendations for optimal LCL filter component selection based on total system losses and HCS effects. The presented methodology enables the evaluation of passive filter and dc-link voltage designs, providing designers with a trade-offs among various performance metrics, such as efficiency and volume. The work demonstrates that it is possible to achieve a PV system with enhanced capability for HCS without compromising system efficiency. In one condition of the study case, when employing the same passive filter conditions and switching frequency, the multifunctional operation results in a decrease of 0.11% in efficiency and 0.09 kW/dm³ in power density. The findings and recommendations presented in this thesis can aid in the design and optimization of grid-tied PV systems, ultimately contributing to the efficient and reliable integration of renewable energy into the grid.As fontes renováveis têm contribuído significativamente para a nova forma de geração de energia conectada aos sistemas de distribuição e transmissão. A geração de energia distribuída por fontes renováveis tem recebido investimento crescente, especialmente a energia fotovoltaica (FV). Os inversores desempenham um papel fundamental nos sistemas de interligação à rede elétrica e sua operação multifuncional tem se tornado um foco para alcançar melhor custo-benefício. Os inversores multifuncionais são capazes de atender a diversas necessidades da rede elétrica, o que contribui para uma maior eficiência e otimização do sistema. O principal objetivo do inversor FV é injetar potência ativa na rede, mas devido às variações na irradiância solar, muitas vezes eles operam abaixo de sua corrente nominal. Essa margem de corrente pode ser usada para serviços ancilares, como suporte de potência reativa e corrente harmônica. A presente tese de doutorado tem o objetivo de investigar o impacto do suporte de correntes harmônicas (SCH) no projeto, operação e controle de sistemas FV conectados à rede. O trabalho se concentra na exploração dos efeitos dos serviços ancilares, que podem interferir no funcionamento correto dos sistemas de geração distribuída (GD). As principais contribuições desta tese incluem um algoritmo para determinar os limites do SCH, diretrizes para obter as curvas de capabilidade de tensão e corrente para inversores FV, análise do impacto de indutores não lineares nas curvas de capabilidade e recomendações para a seleção ótima de componentes do filtro LCL com base nas perdas totais do sistema e nos efeitos do SCH. A metodologia apresentada permite a avaliação de projetos de filtro passivo e tensão do barramento cc, fornecendo aos projetistas uma troca entre várias métricas de desempenho, como eficiência e volume. O trabalho demonstra que é possível alcançar um sistema FV com capabilidade aprimorada para SCH sem comprometer a eficiência do sistema. Em uma condição do estudo de caso, ao utilizar as mesmas condições de filtro passivo e frequência de comutação, a operação multifuncional resulta em uma diminuição de 0,11% na eficiência e 0,09 kW/dm3 na densidade de potência. As descobertas e recomendações apresentadas nesta tese podem ajudar no projeto e otimização de sistemas FV conectados à rede, contribuindo, em última análise, para a integração eficiente e confiável de energia renovável na rede.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorengUniversidade Federal de Minas GeraisPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUFMGBrasilENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICAEngenharia elétricaEnergia elétrica - Qualidade - MonitoramentoEnergia elétrica - Distribuição - Equipamentos e acessórios, etc.Filtros elétricos passivosAncillary servicesCapability curvesHarmonic current supportMultifunctional invertersPassive filtersPower qualityMultifunctional photovoltaic inverters : harmonic current support effects and operation limitsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFMGinstname:Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)instacron:UFMGORIGINALTese.pdfTese.pdfapplication/pdf4589574https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/55633/2/Tese.pdf2d392e4c6807688630425019405cbe04MD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82118https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/55633/3/license.txtcda590c95a0b51b4d15f60c9642ca272MD531843/556332023-06-30 14:33:35.053oai:repositorio.ufmg.br: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ório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufmg.br/oaiopendoar:2023-06-30T17:33:35Repositório Institucional da UFMG - Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)false
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