dc.creator | Santos, Niwton Gabriel Feliciani dos | |
dc.date.accessioned | 2021-10-18T12:01:12Z | |
dc.date.available | 2021-10-18T12:01:12Z | |
dc.date.issued | 2020-02-27 | |
dc.identifier.uri | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/22429 | |
dc.description.abstract | This work provides some conceptual and practical contributions about the use of DC–DC power
converters connected as step-up/down series voltage regulators in string or multi-string architectures
of grid-tie photovoltaic systems, which allow to carry out the partial power processing.
In practical terms, the basic implementation restrictions and also the requirements for operation
with bidirectional active power flow required to develop topologies of this type are defined.
From a conceptual point of view, it is determined that the series connection is a necessary
condition, but only a thorough analysis in terms of the non-active power processed can define
the requirements that allow characterizing which series regulators are capable of performing
partial power processing. For this, it is proposed a new application to the well-known Fryze
power theory, which is used to develop a mathematical procedure that allows to evaluate both
active and non-active power processing in DC–DC power converters. Through a comparative
analysis between two series regulators based on H-bridge converters, it is verified that partial
power processing can be achieved by adjusting the turns ratio of the transformers used in
these two topologies. Thus, the main advantages of using series regulators to replace traditional
step-up/down power converters are demonstrated. Based on the voltage regulation range
definition and both European and Californian efficiencies, it is verified that the average value
of the weighted total non-active power is higher under the cascade-connected non-inverting
buck–boost operation (European: 793.18 var; Californian: 955.19 var), being lower under the
series-connected full-bridge/push–pull converter (European: 518.14 var; Californian: 623.89 var)
and the series-connected half-bridge/push–pull converter operation (European: 458.68 var; Californian:
552.39 var), thus this latter is the evaluated topology that performs the least power
processing. In order to validate the approaches, two 2202 W prototypes were designed and submitted
to numerous laboratory tests. Regarding the non-active power processed by the circuit
elements of the DC–DC converters, all values obtained experimentally were consistent with the
numerical and circuit simulations results. In terms of performance, the series-connected halfbridge/
push–pull prototype without snubbers resulted in weighted average global efficiencies of
approximately 98.38% (European) and 98.95% (Californian). Under the same operation conditions,
the cascade-connected non-inverting buck–boost prototype resulted in weighted average
efficiencies of approximately 98.70% (European) and 98.73% (Californian). | eng |
dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES | por |
dc.description.sponsorship | Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Geração Distribuída (INCT-GD) – CNPq | por |
dc.description.sponsorship | Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul - FAPERGS | 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 | Engenharia elétrica | por |
dc.subject | Eletrônica de potência | por |
dc.subject | Energias renováveis | por |
dc.subject | Sistemas fotovoltaicos | por |
dc.subject | Conversores CC–CC bidirecionais | por |
dc.subject | Processamento de potência | por |
dc.subject | Electrical engineering | eng |
dc.subject | Power electronics | eng |
dc.subject | Renewable energy sources | eng |
dc.subject | Photovoltaic systems | eng |
dc.subject | Bidirectional DC–DC converters | eng |
dc.subject | Power processing | eng |
dc.title | Conversores CC–CC bidirecionais para regulação série de tensão aplicados em sistemas fotovoltaicos | por |
dc.title.alternative | Bidirectional DC–DC power converters for series voltage regulation applied to photovoltaic systems | eng |
dc.type | Dissertação | por |
dc.description.resumo | 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). | por |
dc.contributor.advisor1 | Martins, Mário Lúcio da Silva | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/2730012969211616 | por |
dc.contributor.referee1 | Bradaschia, Fabrício | |
dc.contributor.referee2 | Costa, Marco Antônio Dalla | |
dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/7570823796830506 | 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 |