Conversores CC–CC bidirecionais para regulação série de tensão aplicados em sistemas fotovoltaicos
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Data
2020-02-27Autor
Santos, Niwton Gabriel Feliciani dos 
Primeiro orientador
Martins, Mário Lúcio da Silva
Metadata
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Esta dissertação provê contribuições conceituais e práticas quanto ao emprego de conversores
CC–CC conectados como reguladores série abaixadores/elevadores de tensão em arquiteturas
string ou multi-string de sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica, os quais têm se destacado
por possibilitar a realização do processamento parcial de potência. Em termos práticos,
são definidas as restrições básicas de implementação e também os requisitos para operação com
fluxo bidirecional de potência ativa requeridos para desenvolver topologias deste tipo. Do ponto
de vista conceitual, determina-se que a conexão série é uma condição necessária, mas somente
uma análise em termos da potência não-ativa processada pode estabelecer os requisitos que
permitem distinguir quais reguladores série são capazes de realizar o processamento parcial de
potência. Para isto, propõe-se uma nova aplicação à bem-conhecida teoria de Fryze das potências,
a qual é utilizada como base para desenvolver um procedimento matemático que permite
avaliar o processamento de potência ativa e não-ativa em conversores CC–CC. Por meio de
análises comparativas realizadas entre dois reguladores série baseados em conversores H-bridge,
constata-se que o processamento parcial de potência pode ser alcançado mediante o projeto
adequado da relação de espiras dos transformadores utilizados nas duas topologias. Com isto,
demonstra-se as principais vantagens do uso de reguladores série em substituição aos conversores
abaixadores/elevadores de tensão tradicionais. Baseado na definição da faixa de regulação
de tensão e nas eficiências Europeia e Californiana, verifica-se que o valor médio da potência
não-ativa total ponderada é mais significativo na operação do buck–boost não-inversor conectado
em cascata (Europeia: 793,18 var; Californiana: 955,19 var), sendo menos expressivo no
full-bridge/push–pull conectado em série (Europeia: 518,14 var; Californiana: 623,89 var) e no
half-bridge/push–pull conectado em série (Europeia: 458,68 var; Californiana: 552,39 var), o
que torna esta última a topologia avaliada que realiza o menor processamento de potência. Para
validar as abordagens, dois protótipos de 2202 W foram projetados, construídos e submetidos a
inúmeros ensaios de laboratório. Com relação à potência não-ativa processada pelos elementos
de circuito dos conversores CC–CC, os valores obtidos experimentalmente se mostraram condizentes
com os resultados das simulações numéricas e de circuito. Em termos de desempenho,
o protótipo do half-bridge/push–pull conectado em série sem snubbers apresentou eficiências
médias ponderadas de 98,38% (Europeia) e 98,95% (Californiana). Nas mesmas condições de
operação, o protótipo do buck–boost não-inversor conectado em cascata apresentou eficiências
médias ponderadas de 98,70% (Europeia) e 98,73% (Californiana).
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