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dc.creatorZientarski, Jonatan Rafael Rakoski
dc.date.accessioned2018-10-24T17:54:33Z
dc.date.available2018-10-24T17:54:33Z
dc.date.issued2017-12-18
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/14659
dc.description.abstractThis work presents some conceptual and practical contributions about the use of series-regulated DC/DC converters in multi-string photovoltaic systems, which have been presented in the literature as capable of performing partial power processing. From a conceptual point of view, the requirements for distinguish which topologies are able or not to perform partial power processing are defined, and for that, it is developed a methodology to evaluate the active and nonactive power processing on the converter, which depend on its design parameters. By means of the analysis of various topologies of series regulators, it is concluded that the partial power processing is achieved by adjusting the duty cycle and the turns ratio of transformers (or coupled inductors). However, because of the voltage gain specifications, not all series regulators topologies cited in the literature are able of operating in the partial power processing region. It is observed that the series regulators based on buck-boost and flyback topologies do not allow to achieve partial energy processing, whereas the series regulators based on forward and full-bridge topologies may perform partial power processing in certain operation ranges. In addition, the application of series regulators in photovoltaic systems allows the use of the input voltage regulation range as an additional parameter to reduce the power processing in the converters. Thus, a methodology was developed to obtain a stochastic model of the voltage profile in which the energy is generated. The methodology employs the mathematical model of the photovoltaic module and historical data of temperature and irradiation, and demonstrates that for each project there is a voltage regulation range of the dc-dc stage that may result in performance improvements in terms of power density and efficiency. From the definition of the voltage regulation range, it has been demonstrated that the use of series regulators based on topologies with bidirectional power flow (acting as both voltage step-up and voltage step-down) allows to reduce the power processing in the converters even further. As an example, the full-bridge/push-pull topology was evaluated, some technical constraints are defined and some advantages and disadvantages of its application are presented. As a result, it is concluded that although voltage step-up/down topologies are more complex, their proper design may result in improvements in efficiency and power density. In order to validate the analyzes, seven 750 W prototypes were built, achieving efficiencies of up to 99.58 %, and power densities up to 4.76 W/cm3.eng
dc.languageporpor
dc.publisherUniversidade Federal de Santa Mariapor
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/*
dc.subjectEngenharia elétricapor
dc.subjectEletrônica de potênciapor
dc.subjectEnergias renováveispor
dc.subjectGeração fotovoltaicapor
dc.subjectConversores CC-CCpor
dc.subjectProcessamento parcial de energiapor
dc.subjectElectrical engineeringeng
dc.subjectPower electronicseng
dc.subjectRenewable energy sourceseng
dc.subjectPhotovoltaic power generationeng
dc.subjectDC-DC converterseng
dc.subjectPartial power processingeng
dc.titleContribuições ao estudo de conversores CC–CC com processamento parcial de energia aplicados a sistemas fotovoltaicospor
dc.title.alternativeContributions to the study of DC–DC converters with partial power processing applied to photovoltaic systemseng
dc.typeTesepor
dc.description.resumoEste trabalho apresenta contribuições conceituais e práticas acerca do emprego de reguladores série chaveados no estágio CC-CC de sistemas de geração fotovoltaica com arquitetura multistring, os quais têm sido apresentados na literatura como capazes de realizar processamento parcial de energia. Do ponto de vista conceitual, são definidos os requisitos para distinguir quais topologias são capazes ou não de realizar processamento parcial de energia, e, para isso, é desenvolvida uma metodologia de avaliação da energia ativa e não-ativa processada em função dos parâmetros de projeto dos conversores. Por meio da análise de diferentes topologias de reguladores série, conclui-se que o processamento parcial de energia é alcançado pelo ajuste da razão cíclica e da relação de espiras nos transformadores ou indutores acoplados. Contudo, em virtude das especificações de ganho de tensão, nem todas topologias de regulação série citadas na literatura são capazes de operar na região de processamento parcial de energia. Observase que os reguladores série baseados nas topologias buck-boost e flyback não permitem realizar processamento parcial de energia, enquanto que os reguladores série baseados nas topologias forward e full-bridge realizam processamento parcial de energia em determinadas faixas de operação. Além disso, a aplicação de reguladores série em sistemas fotovoltaicos permite utilizar a faixa de regulação de tensão de entrada como um grau de liberdade adicional para reduzir o processamento de energia nos conversores. Neste sentido, foi desenvolvida uma metodologia que utiliza o modelo do módulo fotovoltaico e dados históricos de temperatura e irradiação para obtenção de um modelo estocástico do perfil de tensão no qual a energia é gerada, demonstrando que para cada projeto existe uma faixa de regulação de tensão de entrada que permite aumentar o desempenho do estágio CC-CC em termos de densidade de potência e eficiência. A partir da definição da faixa de regulação de tensão, é demonstrado que o emprego de reguladores série baseados em topologias com fluxo bidirecional de energia (i.e. capazes de atuar como elevadoras e abaixadoras de tensão) permite reduzir ainda mais o processamento de energia nestas estruturas. Como exemplo, a topologia full-bridge/push-pull é avaliada, sendo definidas algumas restrições técnicas e apresentadas algumas vantagens e desvantagens de sua aplicação. Como resultado, conclui-se que apesar das topologias elevadoras/abaixadoras de tensão serem mais complexas, seu projeto adequado pode resultar em melhorias na eficiência e densidade de potência do sistema. Para validar os resultados das análises, foram construídos sete protótipos de 750 W, os quais alcançaram eficiências de até a 99,58% e densidades de potência de até 4,76 W/cm3.por
dc.contributor.advisor1Hey, Hélio Leães
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8993475915541103por
dc.contributor.advisor-co1Martins, Mário Lúcio da Silva
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2730012969211616por
dc.contributor.referee1Font, Carlos Henrique Illa
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3453361830000042por
dc.contributor.referee2Dupont, Fabrício Hoff
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/2244266032297061por
dc.contributor.referee3Pinheiro, José Renes
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/2333794966860226por
dc.contributor.referee4Beltrame, Rafael Concatto
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/0818364721574204por
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/9379348657934164por
dc.publisher.countryBrasilpor
dc.publisher.departmentEngenharia Elétricapor
dc.publisher.initialsUFSMpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétricapor
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICApor
dc.publisher.unidadeCentro de Tecnologiapor


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