Inversor Monofásico Isolado Conectado À Rede Baseado Na Topologia Boost-Full-Bridge Com Redução Ativa Da Ondulação De Baixa Frequência Da Corrente De Entrada

Authors

  • Julio Cesar Moura Fae Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba–PR, Brasil e Programa de Pós-Graduação em Sistemas de Energia – PPGSE
  • Victor Gati Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba–PR, Brasil e Programa de Pós-Graduação em Sistemas de Energia – PPGSE
  • Roger Gules Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba–PR, Brasil e Programa de Pós-Graduação em Sistemas de Energia - PPGSE
  • Eduardo Ribeiro Felix Romaneli Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba–PR, Brasil e Programa de Pós-Graduação em Sistemas de Energia - PPGSE
  • Alceu André Badin Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba–PR, Brasil e Programa de Pós-Graduação em Sistemas de Energia – PPGSE
  • Amauri Amorin Assef Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba–PR, Brasil e Programa de Pós-Graduação em Sistemas de Energia - PPGSE

DOI:

https://doi.org/10.18618/REP.2020.4.0037

Keywords:

comutação suave, Conversor Boost-Full-Bridge, Inversor Conectado à Rede, Redução da Ondulação de Corrente

Abstract

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um inversor monofásico isolado conectado à rede empregando a topologia boost-full-bridge (BFB). Utiliza-se este conversor CC-CC em uma estrutura unfolding na qual se modula semiciclos positivos senoidais de corrente e um inversor operando em baixa frequência em sincronismo com a rede, fazendo a injeção da corrente senoidal. Esta topologia apresenta comutação suave em todos os interruptores, reduzindo as perdas. Também apresenta a operação intercalada no estágio de entrada, reduzindo os esforços de corrente e a ondulação de alta frequência na corrente de entrada. A estrutura proposta permite a utilização de modulações diferentes e simultâneas, aumentando o grau de liberdade no controle. Esta característica pode ser utilizada para controlar simultaneamente a corrente senoidal de saída, o barramento intermediário de tensão, a operação do MPPT e a redução ativa da ondulação de baixa frequência na entrada do inversor. Um protótipo de 200 W foi construído para validar a estrutura proposta, obtendo-se 3,8% de distorção harmônica total na corrente de saída, 91,6% de rendimento na potência nominal e um rendimento ponderado (CEC - California Energy Comission) de 92,3%.

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Author Biographies

Julio Cesar Moura Fae, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba–PR, Brasil e Programa de Pós-Graduação em Sistemas de Energia – PPGSE

, nascido em 05/05/1989 em Palotina é engenheiro eletricista (2014) e mestre (2020) pela Universidade de Tecnológica Federal do Paraná. Desde 2014, é Engenheiro de Pesquisa e Desenvolvimento voltado para inversores fotovoltaicos On-Grid e Híbridos, e membro integrante do grupo de trabalho da ABNT para a elaboração de normas orientadas aos inversores híbridos. Suas áreas de interesse são: eletrônica de potência, qualidade do processamento da energia elétrica, sistemas de controle eletrônicos e acionamentos de máquinas elétricas.

Victor Gati, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba–PR, Brasil e Programa de Pós-Graduação em Sistemas de Energia – PPGSE

, nascido em 26/03/1990 em São Jose do Rio Preto, engenheiro eletricista (2017), mestre (2019) pela Universidade Tecnológica Federal do Paraná em Curitiba. Atualmente é pesquisador do Instituto de Tecnologia para o Desenvolvimento Lactec. Suas áreas de interesse são: eletrônica de potência, geração de energia renovável, filtro ativo de potência, sistemas de controle eletrônicos, armazenamento de energia elétrica e carregadores rápido para veículos elétricos.

Roger Gules, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba–PR, Brasil e Programa de Pós-Graduação em Sistemas de Energia - PPGSE

, nascido em 14/01/1971 em Bento Gonçalves - RS, é engenheiro eletricista (1995) pela Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), mestre (1998) e doutor em Engenharia Elétrica (2001) pela Universidade Federal de Santa Catarina. É professor associado da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR). Suas áreas de interesse são: eletrônica de potência, processamento de energias renováveis e retificadores com elevado fator de potência. É membro da Associação Brasileira de Eletrônica de Potência (SOBRAEP) e do Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE).

Eduardo Ribeiro Felix Romaneli, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba–PR, Brasil e Programa de Pós-Graduação em Sistemas de Energia - PPGSE

, nasceu em Londrina, Paraná em 1970. Formou-se em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Santa Catarina em 1993. De 1993 a 1996 atuou como Eng. de Pesquisa na Empresa Brasileira de Compressores (EMBRACO). Obteve o título de Mestre e Doutor em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Santa Catarina em 1998 e 2001 respectivamente. Atualmente, é Professor Titular da Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Atua nos cursos de Engenharia Elétrica e Engenharia de Controle e Automação do Departamento Acadêmico de Eletrotécnica – DAELT, no mestrado profissional do Programa de Pós-Graduação em Sistemas de Energia – PPGSE. É integrante do LPEE – Laboratório de Processamento Eletrônico de Energia no campus Curitiba.

Alceu André Badin, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba–PR, Brasil e Programa de Pós-Graduação em Sistemas de Energia – PPGSE

, nascido em 01/07/1979 em MaravilhaSC, é engenheiro eletricista (2002), mestre (2004) e doutor em Engenharia Elétrica (2009) pela Universidade Federal de Santa Catarina. É professor associado da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR). Suas áreas de interesse são: eletrônica de potência, processamento de energias renováveis e qualidade do processamento da energia elétrica. Dr. Badin é membro da Associação Brasileira de Eletrônica de Potência (SOBRAEP) e do Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE).

Amauri Amorin Assef, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba–PR, Brasil e Programa de Pós-Graduação em Sistemas de Energia - PPGSE

, nascido em 26/05/1975 em Curitiba é engenheiro eletricista (1999) pela Universidade Federal do Paraná (UFPR), mestre (2006) e doutor em Engenharia Elétrica (1990) pela Universidade de Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR). Em 2014, ingressou como docente permanente no Programa de Pós-Graduação em Sistemas de Energia (PPGSE) e em 2019 no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial (CPGEI) da UTFPR. Atualmente é professor Adjunto da UTFPR. Suas áreas de interesse são: engenharia elétrica e biomédica, com ênfase em desenvolvimento de sistemas microprocessados e arquiteturas embarcadas de hardware e software em FPGA.

References

A. M. S. S. Andrade, A. Meurer, M. L. S. Martins, "Conversor Boost Isolado de Alto Ganho de Tensão com Retificador Multiplicador de Tensão Cockcroft-Walton", Eletrônica de Potência -SOBRAEP, vol. 24, nº 2, pp. 196-203, junho 2019.https://doi.org/10.18618/REP.2019.2.0058 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2019.2.0058

K. C. A. Souza, R. F. Coelho, D. C. Martins, "Proposta de um Sistema Fotovoltaico de Dois Estágios Conectado À Rede Elétrica Comercial "Eletrônica de Potência, vol. 12, nº 2, pp. 129-136, Julho 2007.https://doi.org/10.18618/REP.2007.2.129136 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2007.2.129136

R. B. Godoy, H. Z. Maia, F. J. T. Filho, L. G. Junior, J. O. P. Pinto, G. S. Tatibana, "Projeto e Desenvolvimento de um Sistema Inversor para Fontes de Energia Renovável com Conectividade À Rede Elétrica "Eletrônica de Potência, vol. 12, nº 2, pp. 129-136, Julho 2007.https://doi.org/10.18618/REP.2007.2.155162 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2007.2.155162

R. O. Caceres and I. Barbi, "A Boost DC-AC Converter: -AC Converter: -Analysis, design, and Experimentation," IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 14, no. 1, pp. 134-141, Jan 1999.https://doi.org/10.1109/63.737601 DOI: https://doi.org/10.1109/63.737601

F. Z. Peng, "Z-source Inverter", IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 39, no. 2, pp. 204-510, Mar./Apr. 2003.https://doi.org/10.1109/TIA.2003.808920 DOI: https://doi.org/10.1109/TIA.2003.808920

D. Cao, S. Jiang, X. Yu and F. Z. Peng, "Low-cost Semi Z-source Inverter for Single-Phase Photovoltaic Systems", IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 26, no. 12, pp. 3514-3523, Dec. 2011.https://doi.org/10.1109/TPEL.2011.2148728 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2011.2148728

J. C. d. S. de Morais, J. L. d. S. de Morais and R. Gules, "Photovoltaic AC Module Based on a Cuk Converter With a Switched-Inductor Structure," in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 66, no. 5, pp. 3881-3890, May 2019.https://doi.org/10.1109/TIE.2018.2856202 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2018.2856202

D. Meneses, F. Blaabjerg, O. Garcia and J. A. Cobos, "Review and Comparison of Step-Up Transformerless Topologies for Photovoltaic AC-Module Application", IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 28, no. 6, pp. 2649-2663, June 2013.https://doi.org/10.1109/TPEL.2012.2227820 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2012.2227820

X. Li and A. K. S. Bhat, "A Comparison Study of High-Frequency Isolated DC/AC Converter Employing an Unfolding LCI for Grid-Connected Alternative Energy Applications," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 29, no. 8, pp. 3930-3941, Aug. 2014.https://doi.org/10.1109/TPEL.2013.2296612 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2013.2296612

Y. Sun, Y. Liu, M. Su, W. Xiong and J. Yang, "Review of Active Power Decoupling Topologies in Single-Phase Systems," IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 31, no. 7, pp. 4778-4794, July 2016.

E. F. R. Romaneli and I. Barbi, "New isolated phase-shift controlled non-pulsating input and output converter, "IEEE 32nd Annual Power Electronics Specialists Conference, Vancouver, pp. 237-242 vol. 1, 2001.

W. Li, J. Xiao, Y. Zhao and X. He, "PWM Plus Phase Angle Shift (PPAS) Control Scheme for Combined Multiport DC/DC Converters," IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 27, no. 3, pp. 1479-1489, March 2012.https://doi.org/10.1109/TPEL.2011.2163826 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2011.2163826

K. Jin, X. Ruan, M. Yang and M. Xu, "A Hybrid Fuel Cell Power System," IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 56, no. 4, pp. 1212-1222, April 2009.https://doi.org/10.1109/TIE.2008.2008336 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2008.2008336

H. Hu, S. Harb, N. Kutkut, I. Batarsehand Z. J. Shen, "A Review of Power Decoupling Techniques for Microinverters With Three Different Decoupling Capacitor Locations in PV Systems", IEEE Transactions on Power Electronics vol. 28, no. 6, pp. 2711-2726, June 2013.https://doi.org/10.1109/TPEL.2012.2221482 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2012.2221482

S. B. Kjaer, J. K. Pedersenand F. Blaabjerg, "A Review of Single-Phase Grid-Connected Inverters for Photovoltaic Modules," IEEE Transactions on Industry Applications Applications, vol. 41, no. 5, pp. 1292-1306, Sept.-Oct. 2005.https://doi.org/10.1109/TIA.2005.853371 DOI: https://doi.org/10.1109/TIA.2005.853371

.[16] S. Kouro, J. I. Leon, D. Vinnikovand L. G. Franquelo, "Grid-Connected Photovoltaic Systems: An Overview of Recent Research and Emerging PV Converter Technology," in IEEE Industrial Electronics Magazine, vol. 9, no. 1, pp. 47-61, March 2015.https://doi.org/10.1109/MIE.2014.2376976 DOI: https://doi.org/10.1109/MIE.2014.2376976

G. G. Facchinello, R. F. Coelho, T. B. Lazzarin, "Inversores do Tipo Forward para Conexão de Fontes Renováveis à Rede Elétrica", Eletrônica de Potência, vol. 23, nº 2, pp. 193-203, Junho 2018.https://doi.org/10.18618/REP.2018.2.2767 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2018.2.2767

J. M. Andrade, G. V. Silva, R. F. Coelho e T. B. Lazzarin, "Inversor Boost a Capacitor Chaveado Conectado à Rede Elétrica", Eletrônica de Potência -SOBRAEP, vol. 23, nº 4, pp. 466-476, dezembro 2018.https://doi.org/10.18618/REP.2018.4.0005 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2018.4.0005

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Published

2020-12-31

How to Cite

[1]
J. Cesar Moura Fae, V. Gati, R. Gules, E. Ribeiro Felix Romaneli, A. André Badin, and A. Amorin Assef, “Inversor Monofásico Isolado Conectado À Rede Baseado Na Topologia Boost-Full-Bridge Com Redução Ativa Da Ondulação De Baixa Frequência Da Corrente De Entrada”, Eletrônica de Potência, vol. 25, no. 4, pp. 440–451, Dec. 2020.

Issue

Vol. 25 No. 4 (2020)

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Copyright (c) 2020 Revista Eletrônica de Potência

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