dc.creator | Giacomini, Julian Cezar | |
dc.date.accessioned | 2019-04-11T11:16:58Z | |
dc.date.available | 2019-04-11T11:16:58Z | |
dc.date.issued | 2018-12-18 | |
dc.identifier.uri | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/16145 | |
dc.description.abstract | This doctoral dissertation presents contributions related to transformerless grid-connected
three-phase photovoltaic systems, focusing on the leakage current reduction. Among the
leakage current reduction techniques, the use of modified LCL (MLCL) filter brings
important benefits, such as: maintenance of the voltage synthesis capability of the inverter and
topology and modulation strategy do not require any modification. However, this filter
presents some peculiarities, mainly in their design and resonance peaks damping. Therefore, a
damping technique is required to reduce the leakage current without causing instability
problems. Although the passive damping presents a simple implementaion and low cost, it
causes leakage current rise and reduces the system efficiency. In this sense, an active damping
technique using state feedback in αβ0 coordinates applied to a grid-connected three-phase
multilevel inverter with MLCL filter is presented aiming to damp the filter resonances, keeping
the leakage current attenuation and increasing the system efficiency. The αβ-axis control
system damps the resonance peaks of the differential circuits, controls the grid currents and
rejects some periodical grid disturbances, while the 0-axis control system damps the
resonance peak located at low frequencies in the common mode circuit. In this way, the highfrequency
leakage current attenuation is preserved, while the low-frequency attenuation is
improved. A reduced-order states observer for the filter capacitors voltages is designed to
reduce the number of voltage sensors. Since the MLCL filter also attenuates the grid current
harmonics, a design methodology that integrates the requirements of leakage current and grid
harmonic distortion is proposed. At the end, an analysis of discontinuous Pulse Width
Modulation (PWM) techniques applied to the grid-connected three-phase inverter is
performed to reduce the switching losses and, consequently, improve its efficiency. In this
case, a modified discontinuous PWM modulation is proposed to reduce the impact on the
leakage current of the photovoltaic system. Additionally, a hybrid damping for the MLCL
filter is proposed to preserve the characteristics of the modified modulation, where the αβ-axis
is actively damped and the 0-axis is passively damped. It is shown that is possible to improve
the system efficiency through the proposed modulation keeping a low leakage current.
Simulation and experimental results reinforce the theoretical conclusions related to the active
damping technique, MLCL filter design and the application of the discontinuous PWM
modulation. | eng |
dc.description.sponsorship | Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq | por |
dc.language | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de Santa Maria | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | * |
dc.subject | Amortecimento ativo | por |
dc.subject | Corrente de fuga | por |
dc.subject | Filtro LCL modificado | por |
dc.subject | Inversor conectado à rede | por |
dc.subject | Inversor fotovoltaico sem transformador | por |
dc.subject | Active damping | eng |
dc.subject | Leakage current | eng |
dc.subject | Modified LCL filter | eng |
dc.subject | Grid-connected inverter | eng |
dc.subject | Transformerless photovoltaic inverter | eng |
dc.title | Inversores fotovoltaicos trifásicos não isolados conectados à rede com técnicas para redução da corrente de fuga | por |
dc.title.alternative | Transformerless grid-connected three-phase photovoltaic inverters with techniques for reduction of the leakage current | eng |
dc.type | Tese | por |
dc.description.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. | por |
dc.contributor.advisor1 | Rech, Cassiano | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/9375639768929991 | por |
dc.contributor.referee1 | Cavalcanti, Marcelo Cabral | |
dc.contributor.referee1Lattes | http://lattes.cnpq.br/4941009238623926 | por |
dc.contributor.referee2 | Oliveira, Sérgio Vidal Garcia | |
dc.contributor.referee2Lattes | http://lattes.cnpq.br/7485662763949116 | por |
dc.contributor.referee3 | Michels, Leandro | |
dc.contributor.referee3Lattes | http://lattes.cnpq.br/9232567042677107 | por |
dc.contributor.referee4 | Massing, Jorge Rodrigo | |
dc.contributor.referee4Lattes | http://lattes.cnpq.br/9321791993006911 | por |
dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/6353260911632016 | por |
dc.publisher.country | Brasil | por |
dc.publisher.department | Engenharia Elétrica | por |
dc.publisher.initials | UFSM | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica | por |
dc.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA | por |
dc.publisher.unidade | Centro de Tecnologia | por |