Multifunctional photovoltaic inverters : harmonic current support effects and operation limits

Abstract

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.