Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/35407
Type: Dissertação
Title: Conversor de fator de potência verdadeiramente unitário como inversor central em geração fotovoltaica
Authors: Marcos Henrique da Silva Alves
First Advisor: Braz de Jesus Cardoso Filho
First Referee: Sidelmo Magalhães Silva
Second Referee: Danilo Iglesias Brandão
Third Referee: José Antônio de Souza Brito
Abstract: A utilização massiva de conversores nos sistemas elétricos de potência, apresenta benefícios tão diversos quanto suas finalidades. Uma limitação comumente verificada, está associada a quantidade de harmônicos residuais que os conversores injetam na rede. A essa classe de conversores está ligada um largo nicho de aplicações, como transmissão de energia em corrente contínua, acionamentos elétricos, tração elétrica, fontes chaveadas e assim por diante. Embora muitas pesquisas sejam realizadas objetivando desenvolver conversores de alta potência para conexão à rede (no inglês, grid-tied), compostos por vários pequenos módulos de potência conectados a strings menores a fim de melhorar a extração de energia disponível nos módulos solares, inversores centrais ainda constituem a solução mais utilizada em plantas de energia solar, principalmente, devido ao seu baixo custo e complexidade, bem como alta confiabilidade quando há redundância de chaves. A maioria desses conversores usa fltros passivos no lado da rede, a fim de cumprir as restrições e requerimentos de qualidade da energia dos códigos de rede dos países e padrões internacionais recomendados. Em resumo, esses filtros contém uma combinação de indutores e capacitores que podem ser uma fonte de ressonâncias para o sistema, além de contribuir para muitos problemas para os quais eles foram instalados com o propósito de prevenir. Recentemente, um conversor de fator de potência verdadeiramente unitário (do inglês True Unity Power Factor - TUPF) foi proposto como alternativa às soluções tradicionais, que deveras apresentam limitações para sua utilização em massa. Nesse contexto, o conversor TUPF é proposto como uma solução grid-tied para altas potências que fornece correntes senoidais da perspectiva normativa, sem elementos capacitivos ou filtros passivos na conexão com a rede, chaveamento em baixas frequências, bem como a utilização de transformadores e topologia convencionais de conversores. Em se tratando de aplicação solar, o TUPF tem a vantagem de não necessitar de um conversor elevador (boost) para implementação do algoritmo MPPT. Isso se traduz em maior confiabilidade, pois é um estágio de processamento de energia a menos, levando à menor possibilidade de falha e maior eficiência. A principal contribuição deste trabalho refere-se a apresentação do conversor TUPF como um inversor central adequado para aplicações solares fotovoltaicas na situação onde a tensão DC e o índice de modulação precisam ser continuamente modificados de acordo com a referência de um algoritmo de rastreamento da máxima potência (MPPT, do inglês Maximum Power Point Tracking), o qual difere das aplicações apresentadas anteriormente, nas quais a referência de tensão DC é um valor constante constante. Por fim, é apresentado pela primeira vez, resultados de malha fechada em uma bancada de teste HIL, bem como a colocação em operação do primeiro protótipo do TUPF, realizando o aproveitamento da energia gerada pela usina solar fotovoltaica Tesla.
Abstract: The massive use of converters in electrical power systems has benefits as diverse as their purposes. A commonly verified limitation is associated with the amount of residual harmonics that the converters inject into the network. A wide niche of applications is connected to this class of converters, such as direct current energy transmission, electrical drives, electrical traction, switching sources and so on. Although much research has been carried out aiming to develop high-power converters for grid connection (in english, grid-tied), composed of several small power modules connected to smaller strings in order to improve the extraction of energy available in solar modules, central inverters they still constitute the most used solution in solar energy plants, mainly due to their low cost and complexity, as well as high reliability when there is a redundancy of keys. Most of these converters use passive filters on the network side in order to comply with the power quality restrictions and requirements of the country network codes and recommended international standards. In summary, these filters contain a combination of inductors and capacitors that can be a source of resonances for the system, in addition to contributing to many problems for which they were installed for the purpose of prevention. Recently, a truly unitary power factor converter (from English True Unity Power Factor - TUPF) was proposed as an alternative to traditional solutions, which indeed have limitations for their mass use. In this context, the TUPF converter is proposed as a grid-tied solution for high powers that provides sinusoidal currents from the normative perspective, without capacitive elements or passive filters when connecting to the network, switching at low frequencies, as well as the use of transformers and topology conventional converters. When it comes to solar application, TUPF has the advantage of not needing a boost converter to implement the MPPT algorithm. This translates into greater reliability, as it is a less energy processing stage, leading to less chance of failure and greater efficiency. The main contribution of this work refers to the presentation of the TUPF converter as a central inverter suitable for solar photovoltaic applications in the situation where the DC voltage and the modulation index need to be continuously modified according to the reference of a maximum power tracking algorithm (MPPT, from Maximum Power Point Tracking), which differs from the applications previously presented, in which the DC voltage reference is a constant constant value. Finally, it is presented, for the first time, closed-loop results on a HIL test bench, as well as the startup of the first TUPF prototype, making use of the energy generated by the Tesla photovoltaic solar plant.
Subject: Engenharia elétrica
Energia solar
Geração de energia fotovoltaica
Inversores elétricos
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Rights: Acesso Aberto
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/
URI: http://hdl.handle.net/1843/35407
Issue Date: 26-Aug-2020
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