Controle E Redução Das Correntes Harmônicas De Um Sistema De Geração Fotovoltaico Interligado À Rede Elétrica Sem Filtros Passivos

Authors

  • Pedro M. de Almeida Universidade Federal de Juiz de Fora, Núcleo de Automação e Eletrônica de Potência Juiz de Fora, MG, 36.036-900 Brasil
  • André A. Ferreira Universidade Federal de Juiz de Fora, Núcleo de Automação e Eletrônica de Potência - Juiz de Fora, MG, 36.036-900 Brasil
  • Henrique A. C. Braga Universidade Federal de Juiz de Fora, Núcleo de Automação e Eletrônica de Potência - Juiz de Fora, MG, 36.036-900 Brasil
  • Paulo F. Ribeiro Technische Universiteit Eindhoven, Den Dolech 2, 5612 AZ, P.O. Box 513, CR 2.15, 5600 MB Eindhoven, The Netherlands
  • Pedro G. Barbosa Universidade Federal de Juiz de Fora, Núcleo de Automação e Eletrônica de Potência - Juiz de Fora, MG, 36.036-900 Brasil

DOI:

https://doi.org/10.18618/REP.2013.4.11491160

Keywords:

Controlador de corrente, controlador digital, controlador repetitivo, Sistema Fotovoltaico

Abstract

Este trabalho apresenta alguns resultados da mo- delagem e projeto dos controladores de um sistema de geração fotovoltaico de 30 kWp conectado à rede elétrica do Campus da Universidade Federal de Juiz de Fora. O conversor de interface é interligado a rede elétrica usando somente as indutâncias de dispersão de um banco de transformadores monofásicos como filtro passivo. O algoritmo de controle foi desenvolvido no sistema de coordenadas síncrono (dq0). Dois controladores proporcional–integral (PI– SRF) idênticos foram projetados para regular as correntes sintetizadas em cada coordenada. Será mostrado que o controlador PI–SRF pode ter seu desempenho reduzido quando correntes distorcidas são drenadas pelo trans- formador de conexão. Para contornar o problema anterior será projetado um controlador repetitivo (RC) para ser conectado em paralelo com o PI–SRF. O desempenho do controlador híbrido (PI–SRF + RC) é testado em regime permanente e transitório para variações na potência convertida nos painéis fotovoltaicos. Resultados experimentais são apresentados para validar o projeto e o desempenho do controlador híbrido proposto.

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Author Biographies

Pedro M. de Almeida, Universidade Federal de Juiz de Fora, Núcleo de Automação e Eletrônica de Potência Juiz de Fora, MG, 36.036-900 Brasil

possui graduação e mestrado em Engenharia elétrica pela Universidade Federal de Juiz de Fora em 2009 e 2011, respectivamente. Atualmente realiza doutorado sanduíche na Technische Universiteit Eindhoven, Eindhoven, The Netherlands.

André A. Ferreira, Universidade Federal de Juiz de Fora, Núcleo de Automação e Eletrônica de Potência - Juiz de Fora, MG, 36.036-900 Brasil

possui graduação em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Juiz de Fora (2000), mestrado (2002), doutorado (2007) e pós-doutorado (2008) em Engenharia Elétrica pela Universidade Estadual de Campinas. Atualmente é professor adjunto da da Universidade Federal de Juiz de Fora.

Henrique A. C. Braga, Universidade Federal de Juiz de Fora, Núcleo de Automação e Eletrônica de Potência - Juiz de Fora, MG, 36.036-900 Brasil

graduou-se em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) em 1982. Obteve os títulos de Mestre em Engenharia Elétrica, pela COPPE/UFRJ em 1988 e o de Doutor pelo INEP-UFSC em 1996. Atualmente é professor associado na Universidade Federal de Juiz de Fora.

Paulo F. Ribeiro, Technische Universiteit Eindhoven, Den Dolech 2, 5612 AZ, P.O. Box 513, CR 2.15, 5600 MB Eindhoven, The Netherlands

graduou-se em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Pernambuco (1975) e recebeu o título de doutor em Electrical Engineering - University of Manchester (1985). Atualmente é professor associado da Technische Universiteit Eindhoven, Eindhoven, The Netherlands, e Professor Titular no Calvin College, Grand Rapids, Michigan, USA. Ele tem experiência na área de Engenharia Elétrica, com ênfase em Transmissão e Distribuição da Energia Elétrica. Professor Ribeiro é Fellow do IEEE, Chartered Engineer in England, European Engineer, and registered Professional Engineer in the State of Iowa, USA.

Pedro G. Barbosa, Universidade Federal de Juiz de Fora, Núcleo de Automação e Eletrônica de Potência - Juiz de Fora, MG, 36.036-900 Brasil

recebeu o grau de Engenheiro Eletricista pela Universidade Federal de Juiz de Fora, MG, Brasil, em 1986 e os graus de mestrado e doutorado, em Engenharia Elétrica, pela Universidade Federal do Rio de Janeiro, RJ, Brasil, em 1994 e 2000, respectivamente. Atualmente é professor associado da Universidade Federal de Juiz de Fora. De 1987 a 1992 atuou como engenheiro da Marinha do Brasil no Arsenal de Marinha do Rio de Janeiro (AMRJ). Desde 1999 ele está com Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Juiz de Fora, onde leciona Eletrônica de Potência e Máquinas Elétricas para cursos de graduação e pós-graduação em Engenharia Elétrica.

References

EPIA, "Global market outlook for photovoltaics 2013-2017," European Photovoltaic Industry Association,Tech. Rep., May 2013.

A. Yazdani and P. P. Dash, "A control methodologyand characterization of dynamics for photovoltaic (pv)system interfaced with a distribution network,"IEEETransactions on Power Delivery, vol. 24, no. 3, pp. 1538- 1551, July 2009. https://doi.org/10.1109/TPWRD.2009.2016632 DOI: https://doi.org/10.1109/TPWRD.2009.2016632

P. M. de Almeida, F. C. Mattos, P. G. Barbosa, A. A.Ferreira, and H. A. C. Braga, "Desempenho de métodosativos de detecção de ilhamento para sistemas de gera-ção fotovoltaicos baseados em realimentação positivade tensão e da frequência," inAnais do CongressoBrasileiro de Automática, vol. 1, no. 1, Setembro 2010,pp. 3998-4006.

S. Chowdhury and P. Crossley,Microgrids and activedistribution networks, ser. IET renewable energy series.Institution of Engineering and Technology, 2009. https://doi.org/10.1049/PBRN006E DOI: https://doi.org/10.1049/PBRN006E

F. Blaabjerg, Z. Chen, , and S. B. Kjaer, "Power elec-tronics as efficient interface in dispersed power genera-tion systems,"IEEE Transactions on Power Electronics,vol. 19, no. 5, pp. 1184-1194, September 2004. https://doi.org/10.1109/TPEL.2004.833453 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2004.833453

M. G. Villalva, M. F. Espindola, T. G. d. Siqueira,and E. Ruppert, "Modeling and control of a three-phase isolated grid-connected converter for photovoltaicapplications,"SBA Controle & Automação, vol. 22, pp.215 - 228, 06 2011. https://doi.org/10.1590/S0103-17592011000300001 DOI: https://doi.org/10.1590/S0103-17592011000300001

B. Liu, S. Duan, and T. Cai, "Photovoltaic dc buildingmodule based bipv system concept and design con-siderations,"IEEE Transactions on Power Electronics,vol. 26, no. 5, pp. 1418-1429, May 2011. https://doi.org/10.1109/TPEL.2010.2085087 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2010.2085087

W. Li and X. He, "Review of nonisolated high step-updc/dc converters in photovoltaic grid-connected appli-cations,"IEEE Transactions on Industrial Electronics,vol. 58, no. 4, pp. 1239-1250, April 2011. https://doi.org/10.1109/TIE.2010.2049715 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2010.2049715

A. Yazdani, A. R. D. Fazio, H. Ghoddami, M. Russo,M. Kazerani, J. Jatskevich, K. Strunz, S. Leva, andJ. A. Martinez, "Modeling guidelines and a benchmarkfor power system simulation studies of three-phasesingle-stage photovoltaic systems,"IEEE Transactionson Power Delivery, vol. 26, no. 2, pp. 1247-1264, April2011. https://doi.org/10.1109/TPWRD.2010.2084599 DOI: https://doi.org/10.1109/TPWRD.2010.2084599

S. Buso, L. Malesani, and P. Mattavelli, "Comparison ofcurrent control techniques for active filter applications,"IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 45, no. 5,pp. 722-729, October 1998. https://doi.org/10.1109/41.720328 DOI: https://doi.org/10.1109/41.720328

S. Buso and P. Mattavelli,Digital Control in PowerElectronics, 1st ed. Morgan and Claypool Publishers,2006. https://doi.org/10.1007/978-3-031-02495-5 DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-02495-5

J. M. E. Huerta, J. Castelló-Moreno, J. R. Fischer, andR. García-Gil, "A synchronous reference frame robustpredictive current control for three-phase grid-connectedinverters,"IEEE Transactions on Industrial Electronics,vol. 57, no. 3, pp. 954 - 962, March 2010. https://doi.org/10.1109/TIE.2009.2028815 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2009.2028815

F. T. Ghetti, P. G. Barbosa, A. A. Ferreira, and H. A. C.Braga, "Estudo comparativo de técnicas de controle decorrente implementadas no programa atp e destinadas aocontrole de filtros ativos shunt," inAnais do CongressoBrasileiro de Automática, Setembro 2010, pp. 1-9.https://doi.org/10.48011/asba.v2i1.1521 DOI: https://doi.org/10.48011/asba.v2i1.1521

M. Wu, L. Zhou, and J. She, "Design of observer-basedH∞robust repetitive control system,"IEEE Transac-tions on Automatic Control, vol. 56, no. 6, pp. 1452 -1457, June 2011. https://doi.org/10.1109/TAC.2011.2112473 DOI: https://doi.org/10.1109/TAC.2011.2112473

M. Bojyup, P. Karisson, M. Alakula, and L. Gertmar,"A multiple rotating integrator controller for activefilters," inProceedings of European Power ElectronicsConference, 1999.https://www.epe-association.org/epe/users/documents.download.php?type=download&documents_id=3043

D. N. Zemood, D. G. Holmes, and G. Bode, "Frequencydomain analysis of three phase linear current regu-lators,"IEEE Transactions on Industry Applications,vol. 37, no. 2, pp. 601-610, Mar. 2001. https://doi.org/10.1109/28.913727 DOI: https://doi.org/10.1109/28.913727

R. Bojoi, G. Griva, V. Bostan, M. Guerriero, F. Farina,and F. Profumo, "Current control strategy for powerconditioners using sinusoidal signal integrators in syn-chronous reference frame,"IEEE Transactions on PowerElectronics, vol. 20, no. 6, pp. 1402-1412, Nov. 2005. https://doi.org/10.1109/TPEL.2005.857558 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2005.857558

C. Lascu, L. Asiminoaei, I. Boldea, and F. Blaab-jerg, "High performance current controller for selectiveharmonic compensation in active power filters,"IEEETransactions on Power Electronics, vol. 22, no. 5, pp.1826-1835, Sep. 2007. https://doi.org/10.1109/TPEL.2007.904060 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2007.904060

H. Pinheiro, F. Botterón, J. R. Pinheiro, H. L. Hey, andH. A. Gründling, "A digital controller for single-phaseups inverters to reduce the output dc component," inPower Electronics Specialists Conference, 2004. PESC04. 2004 IEEE 35th Annual, vol. 2. IEEE, 2004, pp.1311-1314.https://doi.org/10.1109/PESC.2004.1355612 DOI: https://doi.org/10.1109/PESC.2004.1355612

F. Botterón and H. Pinheiro, "A three-phase ups thatcomplies with the standard iec 62040-3,"IEEE Trans-actions on Industrial Electronics, vol. 54, no. 4, pp.2120-2136, 2007. https://doi.org/10.1109/TIE.2007.894782 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2007.894782

L. Michels, H. Pinheiro, and H. A. Gründling, "Designof plug-in repetitive controllers for single-phase pwminverters,"Industry Applications Conference, 2004. 39thIAS Annual Meeting. Conference Record of the 2004IEEE, Oct 2004.https://doi.org/10.1109/IAS.2004.1348403 DOI: https://doi.org/10.1109/IAS.2004.1348403

L. Michels, M. Stefanello, and H. A. Gründling,"Análise comparativa de controladores repetitivos mod-ificados para aplicação em inversores pwm,"RevistaControle & Automação, vol. 23, no. 3, pp. 263-276,2012. https://doi.org/10.1590/S0103-17592012000300002 DOI: https://doi.org/10.1590/S0103-17592012000300002

K. Zhou and D. Wang, "Digital repetitive controlledthree-phase pwm rectifier,"IEEE Transactions on PowerElectronics, vol. 18, no. 1, pp. 309-316, January 2003. https://doi.org/10.1109/TPEL.2002.807150 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2002.807150

P. Mattavelli and F. P. Marafão, "Repetitive-based con-trol for selective harmonic compensation in active powerfilters,"IEEE Transactions on Industrial Electronics,vol. 51, no. 5, pp. 1018-1024, October 2004. https://doi.org/10.1109/TIE.2004.834961 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2004.834961

X. H. Wu, S. K. Panda, and J. X. Xu, "Design of a plug-in repetitive control scheme for eliminating supply-sidecurrent harmonics of three-phase pwm boost rectifiersunder generalized supply voltage conditions,"IEEETransactions on Power Electronics, vol. 25, no. 7, pp.1800-1810, July 2010. https://doi.org/10.1109/TPEL.2010.2042304 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2010.2042304

L. Michels and H. A. Gründling, "Procedimento deprojeto de controladores repetitivos aplicadosem inver-sores para fontes ininterruptas de energia,"Eletrônicade Potência, vol. 10, no. 1, pp.39-50, 2005. https://doi.org/10.18618/REP.2005.1.039050 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2005.1.039050

K. Moudgalya,Digital Control, 1st ed.Wiley-Interscience, 2007. https://doi.org/10.1002/9780470517109 DOI: https://doi.org/10.1002/9780470517109

P. Rodriguez, R. Teodorescu, I. Candela, A. Timbus,M. Liserre, and F. Blaabjerg, "New positive sequencevoltage detector for grid synchronization of power con-verters under faulty grid conditions," inProceedings ofPower Electronics Specialist Conference, June 2006, pp.1-7. https://doi.org/10.1109/pesc.2006.1712059 DOI: https://doi.org/10.1109/pesc.2006.1712059

P. M. de Almeida, "Modelagem e controle de con-versores fonte de tensão utilizados em sistemas degeração fotovoltaicos conectados à rede elétrica dedistribuição," Dissertação de mestrado, UniversidadeFederal de Juiz de Fora (UFJF), abril 2011.https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/4134

IEEE-929, "IEEE Std.929-2000 Recommended praticefor utility interface of photovoltaics systems," IEEE,Tech. Rep., 2000.https://doi.org/10.1109/IEEESTD.2000.91304 DOI: https://doi.org/10.1109/IEEESTD.2000.91304

T. Hornik and Q.-C. Zhong, "H∞repetitive voltagecontrol of gridconnected inverters with a frequencyadaptive mechanism,"IET Power Electronics, vol. 3,no. 6, pp. 925 - 935, 2010. https://doi.org/10.1049/iet-pel.2009.0345 DOI: https://doi.org/10.1049/iet-pel.2009.0345

B. Zhang, D. Wang, K. Zhou, and Y. Wang, "Linearphase lead compensation repetitive control of a cvcfpwm inverter,"IEEE Transactions on Industrial Elec-tronics, vol. 55, no. 4, pp. 1595-1602, April 2008. https://doi.org/10.1109/TIE.2008.917105 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2008.917105

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Published

2013-11-30

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[1]
P. M. de Almeida, A. A. Ferreira, H. A. C. Braga, P. F. Ribeiro, and P. G. Barbosa, “Controle E Redução Das Correntes Harmônicas De Um Sistema De Geração Fotovoltaico Interligado À Rede Elétrica Sem Filtros Passivos”, Eletrônica de Potência, vol. 18, no. 4, pp. 1149–1160, Nov. 2013.

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Vol. 18 No. 4 (2013)

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Copyright (c) 2013 Revista Eletrônica de Potência

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