Selective output impedance-based double PI loop control strategy for single-phase grid-connected inverters

Abstract

Nas últimas décadas, avanços significativos foram obtidos em relação aos sistemas de eletrônica de potência, permitindo o desenvolvimento de fontes de energia renováveis como a solar fotovoltaica (FV), eólica, entre outras, cujo uso tem crescido significativamente. Essas fontes, principalmente a solar fotovoltaica, têm uma característica descentralizada, sendo usualmente implementadas em pequenos Geradores Distribuídos (GDs), que são instalados próximos a centros de carga ou na própria unidade consumidora e conectados diretamente a redes de baixa tensão.

No Brasil, desde 2012, quando Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) regulamentou a geração distribuída, a potência instalada desses geradores aumentou exponencialmente. Apesar da representatividade dessa modalidade de geração ainda ser pequena frente ao Sistema Interligado Nacional (SIN), entende-se que o seu atual estágio de desenvolvimento e disseminação é ideal para a realização de pesquisas e trabalhos nessa área, pois o seu desenvolvimento traz novos desafios técnicos e regulatórios. O trabalho aqui apresentado expõe contribuições nesse sentido, colaborando com os avanços tecnológicos que permitem o desenvolvimento de sistemas de gerações distribuídos mais eficientes e robustos.

Este trabalho propõe um esquema de controle de potência para inversores de potência monofásicos conectados à rede baseado no uso de controladores PI implementados em coordenadas naturais (abc). O seu comportamento físico e modelo matemático são apresentados e analisados detalhadamente e a impedância de saída do conversor é derivada analiticamente para avaliar a sua capacidade de rejeição a perturbações. Os resultados mostram que o esquema proposto é efetivamente capaz de rejeitar as perturbações causadas pela tensão da rede, obtendo baixos valores de THD da corrente injetada, mesmo com significativa distorção harmônica da tensão.

Adicionalmente, o Conversor Duplo, que consiste na associação em paralelo de dois conversores controlados em corrente, é também apresentado como um estudo de caso. A análise dessa configuração objetiva auxiliar na avaliação dos modelos matemáticos derivados e da estratégia proposta para controle de potência.