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http://hdl.handle.net/1843/38593
Tipo: | Tese |
Título: | Lifetime evaluation of photovoltaic inverters with capability of reactive power support |
Autor(es): | Erick Matheus da Silveira BRito |
Primeiro Orientador: | Victor Flores Mendes |
Primeiro Coorientador: | Heverton Augusto Pereira |
metadata.dc.contributor.advisor-co2: | Allan Fagner Cupertino |
Primeiro membro da banca : | Tomás Perpetuo Corrêa |
Segundo membro da banca: | Lenin Martins Ferreira Moraes |
Terceiro membro da banca: | José Renes Pinheiro |
Quarto membro da banca: | Hélio Marcos André Antunes |
Quinto membro da banca: | Lívia Maria de Rezende Raggi |
Resumo: | Due to the intermittent characteristic of the solar irradiance, photovoltaic (PV) inverters usually operate below rated power conditions. In this scenario, commercial PV inverters can be used to provide ancillary services, such as reactive power compensation. However, it affects the PV inverter reliability. The trade-off between reactive power compensation and lifetime consumption under different inverter sizing ratio (ISR) was not previously addressed in the literature. Hence, the present Ph.D thesis investigates the lifetime of a multifunctional three-phase two-stage PV inverter with capability of reactive power support under different ISR conditions. The fundamentals of reliability based on empirical lifetime models and statistic analysis using Monte Carlo simulations are provided. The methodology is applied to three mission profiles, with different meteorological conditions. When the multifunctional PV inverter compensates a reactive power profile, the lifetime is reduced. Furthermore, an economic analysis based on Levelized Cost of Electricity (LCOE) showed that the reactive power support increases the system costs. Therefore, partial reactive power compensation can be an interesting reliability-oriented strategy to improve the multifunctional PV inverter lifetime. Finally, multifunctional PV inverter is applied to an industry load profile to regulate its power factor (PF). For low load condition in comparison with the PV energy generation, the PV inverter can regulate the power factor without suffering relevant reductions on its lifetime. However, as the load increases, more reactive power is required to regulate the PF and consequently, more significant reductions on the PV inverter lifetime are observed. |
Abstract: | Devido às características intermitentes da irradiância solar, os inversores fotovoltaicos (FV) normalmente operam abaixo das condições nominais de potência. Neste cenário, inversores FV podem ser usados para realizar serviços ancilares, tais como compensação de potência reativa. Entretanto, isso afeta a confiabilidade do inversor. A relação entre a compensação de potência reativa e consumo de vida útil sob diferentes condições de fator de carregamento do inversor (FCI) ainda não foram abordadas na literatura. Portanto, esta tese de doutorado investiga a vida útil de inversores multifuncionais trifásicos de dois estágios com capacidade de suporte de potência reativa sob diferentes FCI. Os fundamentos de confiabilidade baseados em modelos empíricos de vida útil e análises estatísticas das simulações de Monte Carlo são fornecidos. A metodologia é aplicada a três perfis de missão, com diferentes condições meteorológicas. Quando o inversor FV multifuncional ´e usado para compensar um perfil de potência reativa, a sua vida útil é reduzida. Além disso, uma análise baseada no Custo Nivelado de Energia mostrou que o suporte de potência reativa aumenta os custos do sistema FV. Portanto, a compensação parcial pode ser uma estratégia interessante para melhorar a confiabilidade do inversor multifuncional. Finalmente, o inversor FV multifuncional é utilizado para regular o fator de potência (FP) de uma carga industrial. Para baixas condições de carga, o inversor consegue regular o FP sem sofrer relevantes reduções na sua vida ´util. Entretanto, a medida que o tamanho da carga aumenta, mais potência reativa é requerida para regular o FP e, consequentemente, mais significativa é a redução de vida útil do inversor FV multifuncional. |
Assunto: | Engenharia elétrica Fator de potência Geração de energia fotovoltaica Potência reativa (Engenharia elétrica) |
Idioma: | eng |
País: | Brasil |
Editor: | Universidade Federal de Minas Gerais |
Sigla da Instituição: | UFMG |
Departamento: | ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA |
Curso: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
URI: | http://hdl.handle.net/1843/38593 |
Data do documento: | 3-Ago-2021 |
Aparece nas coleções: | Teses de Doutorado |
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