Inversores integrados monofásicos e trifásicos para aplicações fotovoltaicas: técnicas para obtenção de mppt, detecção e proteção de ilhamento, sincronização e paralelismo com a rede de distribuição de energia elétrica

Abstract

Esta proposta de tese se baseia na necessidade atual e tendência mundial na busca por sistemas cada vez mais eficientes e que se baseiem em fontes de energia alternativas menos poluentes, renováveis e que produzam pouco impacto ambiental. Desta forma, são desenvolvidos sistemas de geração de energia elétrica de pequeno porte baseado em painéis solares fotovoltaicos. Com o intuito de aumentar o rendimento e a densidade de potência dos sistemas, são apresentadas novas estruturas de inversores monofásicos e trifásicos integrados para aplicação como sistemas isolados e/ou conectados à rede de distribuição em corrente alternada (CA), operando como sistemas de geração distribuídos. Os inversores integrados são apresentados com o intuito de substituir os usuais sistemas de conversão de energia a duplo estágio. Incorporado aos inversores integrados são implementados métodos e dispositivos para extração da máxima potência possível dos painéis fotovoltaicos (algoritmo de MPPT), aumentando assim o aproveitamento de energia advinda destes painéis. Além disso, em virtude da necessidade de conexão segura destes sistemas à rede de distribuição de energia elétrica em corrente alternada, são realizadas análises e a implementação de métodos de sincronismo com a rede de CA em baixa tensão; além da análise e síntese de métodos híbridos para detecção e gestão do efeito de ilhamento, a fim de garantir a segurança do sistema. O controle dos conversores e as técnicas de MPPT, gestão e detecção de ilhamento, bem como de sincronismo com a rede em CA são implementadas de forma digital, com o objetivo de propiciar maior flexibilidade na concepção das lógicas de controle adequadas às aplicações propostas. Finalmente, destaca-se que o trabalho trouxe contribuições significativas para a melhoria na implementação...

This work is based on the actual necessity and world tendency for high-efficiency systems based on renewable energy sources which are less pollutant and produces little environmental impact, and, for this purpose, it is developed some photovoltaic electrical generation systems to operate as a small distribution generation system (DG). With the purpose to increase efficiency and power density, new single-phase and three-phase integrated inverter topologies are presented for operating as stand-alone and/or grid-connected systems. The main idea of these inverters is the replacement of the conventional two-stage cascaded solutions. Main maximum power point tracking techniques are implemented and tested in order to increase energy utilization. Furthermore, because of safe-operation grid connection necessities this work presents analysis and implementation of active and hybrid anti-island detection techniques and synchronization methods with the AC low voltage grid. The converters control system and MPPT techniques, anti-island detection and management system together with the synchronization are implemented digitally, with the purpose of increasing flexibility for the overall control circuitry. Finally, this work has presented significant contributions regarding the P&O and IC based on PI MPPT techniques and has presented the integration procedures in order to obtain new families of single and three-phase inverters. Moreover, this is the first thesis that has presented the tri-state three-phase inverters injecting power into the grid. These inverters have inovations at its control and modulation that permit the input to... (Complete abstract click electronic access below)