Inversores fotovoltaicos trifásicos não isolados conectados à rede com técnicas para redução da corrente de fuga
Resumo
Esta Tese de Doutorado apresenta contribuições relacionadas a sistemas fotovoltaicos
trifásicos não isolados conectados à rede, com enfoque na redução da corrente de fuga. Dentre
as técnicas de redução da corrente de fuga em inversores trifásicos, o uso de filtro LCL
modificado (LCLM) traz alguns importantes benefícios, como por exemplo: preservação da
capacidade de síntese de tensão do inversor e dispensa modificações na sua topologia e
modulação. Contudo, este filtro possui algumas peculiaridades, sobretudo no seu projeto e no
amortecimento dos picos de ressonância. Logo, de modo a reduzir a corrente de fuga sem causar
problemas de instabilidade, se faz necessário o uso de uma técnica de amortecimento. O
amortecimento passivo, embora mais simples e de menor custo, causa elevação na corrente de
fuga e reduz o rendimento do sistema. Neste sentido, objetivando amortecer as ressonâncias do
filtro, mantendo a atenuação da corrente de fuga e elevando o rendimento do sistema, este
trabalho apresenta uma técnica de amortecimento ativo por realimentação de estados em
coordenadas αβ0 aplicada a um inversor trifásico multinível conectado à rede com filtro LCLM.
O sistema de controle dos eixos αβ amortece o pico de ressonância dos circuitos diferenciais,
controla a corrente injetada na rede e rejeita distúrbios harmônicos periódicos da rede,
enquanto o sistema de controle do eixo 0 amortece o pico de ressonância em baixas
frequências do circuito de modo comum. Desta forma, a atenuação da corrente de fuga em
altas frequências é preservada, enquanto a atenuação em baixas frequências é melhorada. De
modo a reduzir o número de sensores de tensão, um observador de estados de ordem reduzida
para as tensões dos capacitores do filtro é projetado. Tendo em vista que o filtro LCLM
também possui a função de atenuar os harmônicos das correntes da rede, uma metodologia de
projeto que integra os requisitos de redução da corrente de fuga e atendimento as normas de
harmônicos injetados na rede também é proposta. Ao final, é realizada uma análise da
aplicação de técnicas de modulação PWM (Pulse Width Modulation) descontínuas ao inversor
trifásico conectado à rede com o objetivo de reduzir as perdas de comutação e,
consequentemente, elevar seu rendimento. Neste caso, uma modulação PWM descontínua
modificada é proposta para reduzir o impacto deste tipo de modulação na corrente de fuga do
sistema fotovoltaico. Além disso, de modo a preservar as características da referida
modulação, um amortecimento híbrido do filtro LCLM é proposto, onde os eixos αβ são
amortecidos ativamente e o eixo 0 é amortecido de forma passiva. Demonstra-se que é
possível elevar o rendimento da estrutura através da modulação proposta mantendo uma
reduzida corrente de fuga. Resultados de simulação e experimentais são apresentados e
reforçam as conclusões teóricas referentes à técnica de amortecimento ativo, ao projeto do
filtro LCLM e também à aplicação da modulação PWM descontínua.
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