Desenvolvimento de sistemas fotovoltaicos multifuncionais de único e duplo estágios conectados à rede elétrica trifásica
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Data de Publicação: | 2017 |
Tipo de documento: | Dissertação |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) |
Texto Completo: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3360 |
Resumo: | Este trabalho apresenta o estudo e a implementação prática envolvendo a comparação de dois sistemas fotovoltaicos (FV), um deles com simples e o outro com duplo estágio de potência, ambos conectados à uma rede elétrica trifásica a quatro fios. O sistema FV com simples estágio é composto por um inversor four-leg (4L), enquanto o sistema com duplo estágio contém um conversor c.c.-c.c. boost entre o arranjo FV e o inversor. O inversor 4L é conectado à rede elétrica por meio de filtros de acoplamento. Neste trabalho, são utilizados três filtros de acoplamento distintos, sendo eles os filtros , e amortecido, onde são realizadas análises comparativas entre eles. Para evitar o acoplamento das grandezas de corrente entre as fases, a modelagem do inversor 4L é realizada no sistema de eixos estacionários bifásico (αβ0). A partir dos modelos encontrados é possível realizar o projeto dos controladores de ambos os conversores empregados. Com o intuito de injetar na rede elétrica correntes com baixas distorções harmônicas, sempre atendendo às normas nacionais e internacionais, são utilizadas técnicas de controle implementados por meio de controladores sintonizados. Ambos os sistemas além da injeção de corrente na rede elétrica, também podem operar como Filtro Ativo de Potência Paralelo (FAPP), ou seja, realizando o condicionamento ativo de potência tanto na supressão das correntes harmônicas quanto na compensação de reativos da carga. Uma malha de controle denominada feed-forward é utilizada para melhorar a dinâmica da tensão do barramento c.c., assim como nas correntes injetadas na rede pelo inversor, no momento em que ocorrem variações abruptas de irradiação solar. Além das análises de desempenho envolvendo os três tipos de filtros de acoplamento e a malha de controle feed-forward, uma análise comparativa entre as duas topologias de sistemas FV é realizada levando em conta o rendimento de cada estrutura. |
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2018-08-20T14:19:05Z2018-08-20T14:19:05Z2017-06-29TAKAMI, Marcelo Hideo de Freitas. Desenvolvimento de sistemas fotovoltaicos multifuncionais de único e duplo estágios conectados à rede elétrica trifásica. 2017. 203 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Cornélio Procópio, 2017.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3360Este trabalho apresenta o estudo e a implementação prática envolvendo a comparação de dois sistemas fotovoltaicos (FV), um deles com simples e o outro com duplo estágio de potência, ambos conectados à uma rede elétrica trifásica a quatro fios. O sistema FV com simples estágio é composto por um inversor four-leg (4L), enquanto o sistema com duplo estágio contém um conversor c.c.-c.c. boost entre o arranjo FV e o inversor. O inversor 4L é conectado à rede elétrica por meio de filtros de acoplamento. Neste trabalho, são utilizados três filtros de acoplamento distintos, sendo eles os filtros , e amortecido, onde são realizadas análises comparativas entre eles. Para evitar o acoplamento das grandezas de corrente entre as fases, a modelagem do inversor 4L é realizada no sistema de eixos estacionários bifásico (αβ0). A partir dos modelos encontrados é possível realizar o projeto dos controladores de ambos os conversores empregados. Com o intuito de injetar na rede elétrica correntes com baixas distorções harmônicas, sempre atendendo às normas nacionais e internacionais, são utilizadas técnicas de controle implementados por meio de controladores sintonizados. Ambos os sistemas além da injeção de corrente na rede elétrica, também podem operar como Filtro Ativo de Potência Paralelo (FAPP), ou seja, realizando o condicionamento ativo de potência tanto na supressão das correntes harmônicas quanto na compensação de reativos da carga. Uma malha de controle denominada feed-forward é utilizada para melhorar a dinâmica da tensão do barramento c.c., assim como nas correntes injetadas na rede pelo inversor, no momento em que ocorrem variações abruptas de irradiação solar. Além das análises de desempenho envolvendo os três tipos de filtros de acoplamento e a malha de controle feed-forward, uma análise comparativa entre as duas topologias de sistemas FV é realizada levando em conta o rendimento de cada estrutura.This paper presents the study and practical implementation involving the comparison between two photovoltaic (PV) systems. The first has a single and the second has a double power conversion stages, in which both of them are connected to a three-phase four-wire utility system. The single-stage PV system is composed of a four-leg inverter (4L), while the double-stage PV system contains a DC-DC boost converter placed between the PV array and the 4L inverter. The 4L inverter is connected to the grid by means of coupling filters. Three different coupling filters are employed in this work, such as the L, LC and LCL, so that a comparative analysis between them are performed. The modeling of the 4L inverter is performed into the two-phase stationary reference frame (αβ0-axes), in order to avoid the current coupling between the phases. From the obtained models, it is possible to obtain the gains of the controllers. Furthermore, in order to inject currents into the grid with low harmonic distortion, to meet national and international standards, control techniques, which are implemented through tuned controllers, are employed. Both PV systems, besides the active energy injection into the grid, can also operate as shunt active power filter performing active power line conditioning by means of harmonic currents suppression and reactive compensation of the loads. In both PV systems, feed-forward control loops (FFCLs) are used to improve the dynamic responses of the DC-bus voltages, as well as the inverter currents injected into the grid, when abrupt solar irradiation changes occur. Besides the performance analysis involving the three types of coupling filters and the FFCLs, a comparative analysis between the two PV system topologies is carried out, taking into account the efficiency.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)porUniversidade Tecnológica Federal do ParanáCornelio ProcopioPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUTFPRBrasilCNPQ::ENGENHARIASEngenharia ElétricaSistemas de energia fotovoltaicaConversores de corrente elétricaInversores elétricosPhotovoltaic power systemsElectric current convertersElectric invertersDesenvolvimento de sistemas fotovoltaicos multifuncionais de único e duplo estágios conectados à rede elétrica trifásicaDevelopment the system photovoltaics multifunction of single and double stages connected to three phase gridinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisCornélio ProcópioSilva, Sérgio Augusto Oliveira dahttp://lattes.cnpq.br/7428189879295593Sampaio, Leonardo Poltronierihttp://lattes.cnpq.br/5320781796971939Silva, Sérgio Augusto Oliveira daSampaio, Leonardo PoltronieriModesto, Rodrigo AugustoOliveira, Thiago Ribeiro dehttp://lattes.cnpq.br/9070889944525266Takami, Marcelo Hideo de Freitasinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPRORIGINALCP_PPGEE_M_Takami, Marcelo Hideo de Freitas_2017.pdfCP_PPGEE_M_Takami, Marcelo Hideo de Freitas_2017.pdfapplication/pdf9477762http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/3360/1/CP_PPGEE_M_Takami%2c%20Marcelo%20Hideo%20de%20Freitas_2017.pdff91717743bd830b009e8d2a988cabe7aMD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; 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