Projeto e implementação de um conversor módulo integrado para conexão de geração fotovoltaica à rede elétrica
Abstract
Esta Dissertação de Mestrado apresenta a análise, o projeto e a implementação de um conversor
módulo integrado isolado, ou, simplesmente, microinversor, para realizar a conexão de geração
fotovoltaica à rede elétrica. O sistema é composto por dois estágios: um conversor CC-CC
isolado e um conversor CC-CA (inversor). O microinversor empregado utiliza um barramento
(link CC), desacoplando os dois estágios, permitindo que os conversores possam ser projetados
e implementados separadamente. O primeiro estágio é um conversor CC-CC, em ponte
completa, modulado por deslocamento de fase, com comutação sob zero de tensão (ZVS – Zero
Voltage Switching) e o segundo estágio é um conversor CC-CA, também em ponte completa,
utilizando a modulação por largura de pulso (PWM – Pulse-Width Modulation) unipolar.
Basicamente, o primeiro estágio proporciona um elevado ganho de tensão, além do isolamento
entre o módulo fotovoltaico e a rede elétrica, de modo que o barramento de entrada do inversor
tenha tensão suficiente para que a conexão com a rede seja realizada. Essa conexão é feita
através do inversor com filtro L de saída. Para extrair a máxima potência do módulo
fotovoltaico, o rastreamento do ponto de máxima potência (MPPT – Maximum Power Point
Tracking) é realizado de maneira indireta, controlando o barramento de entrada do inversor.
Dessa maneira, o conversor CC-CC opera em malha aberta, de modo que os controladores
sejam projetados e implementados apenas no estágio CC-CA. Neste sentido, esta Dissertação
de Mestrado contribui desenvolvendo um microinversor utilizando topologias clássicas de
conversores, possuindo elevado rendimento, simplicidade de projeto e desenvolvimento, com
apenas duas malhas de controle, de modo que a malha de tensão seja capaz de realizar o MPPT,
garantindo a extração da máxima potência do módulo fotovoltaico, e a malha de corrente
consiga regular o fluxo de potência injetada na rede elétrica, através do controle da corrente.
Para que o MPPT seja realizado adequadamente, as ondulações de 120 Hz na tensão e corrente
do módulo fotovoltaico, provenientes da potência pulsada da rede elétrica monofásica, devem
ter amplitude bastante reduzida. Além disso, para que a corrente injetada na rede elétrica esteja
adequada às normas vigentes, como limite de distorção harmônica e fator de potência, dentre
outras, o projeto do controlador desta malha deve levar em conta a influência das principais
componentes harmônicas presentes na tensão da rede elétrica. Resultados experimentais são
apresentados para comprovar o desempenho do microinversor.
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