Estratégia De Controle Multifuncional Para Sistemas Fotovoltaicos De Geração De Energia Elétrica

Authors

  • D. I. Brandão UNICAMP – Univ. Estadual de Campinas, Departamento de Sistemas e Controle de Energia – DSCE
  • F. P. Marafão UNESP – Univ. Estadual Paulista, Campus de Sorocaba, Grupo de Automação e Sistemas Integráveis – GASI
  • F. A. S. Gonçalves UNESP – Univ. Estadual Paulista, Campus de Sorocaba, Grupo de Automação e Sistemas Integráveis – GASI
  • M. G. Villalva UNESP – Univ. Estadual Paulista, Campus de Sorocaba, Grupo de Automação e Sistemas Integráveis – GASI
  • J. R. Gazoli UNICAMP – Univ. Estadual de Campinas, Departamento de Sistemas e Controle de Energia – DSCE

DOI:

https://doi.org/10.18618/REP.2013.4.12061214

Keywords:

Compensação Seletiva, Controle Multifuncional, filtro ativo de potência, Fotovoltaico, Geração distribuída, Teoria de Potência Conservativa

Abstract

Este artigo propõe uma estratégia multifuncional para o controle dos inversores nos sistemas fotovoltaicos de geração distribuída. Tal estratégia permite que o sistema injete na rede a energia disponível do lado primário, e funcione simultaneamente como regulador de tensão no ponto de acoplamento comum ou filtro ativo de potência, reduzindo os distúrbios da corrente e melhorando a qualidade da energia no ponto de conexão. A principal diferença entre a estratégia proposta e outras encontradas na literatura é que neste trabalho, as referências de controle são geradas por meio da Teoria de Potência Conservativa. Isto possibilita o uso de referências desacopladas (ortogonais) de corrente e de potência para o controle do inversor, o que torna o sistema de controle bastante flexível e seletivo no que diz respeito à escolha de diferentes objetivos de operação. Além disto, o controlador multifuncional também permite a operação do sistema em modo ilhado ou conectado à rede. Resultados de simulação e experimentais são apresentados para validar a metodologia proposta.

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Author Biographies

D. I. Brandão, UNICAMP – Univ. Estadual de Campinas, Departamento de Sistemas e Controle de Energia – DSCE

nascido em São Gonçalo do Sapucaí (MG), em 1986. Graduou-se em Engenharia de Controle e Automação pela UNESP/Sorocaba (2011) e tem mestrado em Engenharia Elétrica pela UNESP/Bauru (2013). Desde 2008 é bolsista FAPESP. Em 2009 foi pesquisador visitante na Colorado School of Mines, EUA. Atualmente é doutorando em Egenharia Elétrica pela UNICAMP e integrante dos grupos de pesquisa DSCE e GASI. Suas áreas de interesse são: filtros eletrônicos de potência, estratégias de compensação seletiva, teoria de potência, qualidade de energia elétrica, sistemas fotovoltaicos, geração distribuída, microrredes, controle distribuído e controle cooperativo.

F. P. Marafão, UNESP – Univ. Estadual Paulista, Campus de Sorocaba, Grupo de Automação e Sistemas Integráveis – GASI

nascido em 1975 em José Bonifácio (SP) é graduado em engenharia elétrica pela UNESP/Bauru (1998), tem mestrado e doutorado em Engenharia Elétrica pela UNICAMP (2000 e 2004). Em 2002 foi pesquisador visitante na Universidade de Padova, Itália. Desde 2005, é professor assistente doutor no Campus de Sorocaba da UNESP, onde liderou o Grupo de Automação e Sistemas Integráveis (GASI), de 2007 a 2011. Suas principais áreas de interesse são análise e controle da qualidade de energia, teorias de potência para circuitos polifásicos não lineares e, técnicas de processamento e controle digital aplicadas a sistemas de potência. Dr. Marafão é membro da Sobraep, da SBA e do IEEE.

F. A. S. Gonçalves, UNESP – Univ. Estadual Paulista, Campus de Sorocaba, Grupo de Automação e Sistemas Integráveis – GASI

nascido em Porto Velho (RO) em 1975, é engenheiro eletricista (1998), mestre (2001) e doutor (2005) em Engenharia Elétrica pela Universidade Estadual Paulista – UNESP-FEIS, em Ilha Solteira (SP). Em 2011 foi pesquisador visitante na Universidade de Padova, Itália. Atualmente é professor assistente doutor no Campus de Sorocaba da UNESP, e líder do Grupo de Automação e Sistemas Integráveis (GASI). Suas áreas de interesse incluem qualidade da energia elétrica, correção ativa do fator de potência, técnicas de associação para conversores, conversores CC-CC e CA-CC, inversores e plataformas distribuídas para E-Learning em eletrônica de potência. Dr. Gonçalves é membro da SOBRAEP desde 1999.

M. G. Villalva, UNESP – Univ. Estadual Paulista, Campus de Sorocaba, Grupo de Automação e Sistemas Integráveis – GASI

nascido em Americana-SP em 10/10/1983. Tem Graduação (2008) e Mestrado (2011) em Engenharia Elétrica pela Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Esteve com o grupo de Eletrônica de Potência da Universidade de Pádua, Itália (2008-09), trabalhando com conversores eletrônicos para módulos fotovoltaicos de geração distribuída. Atualmente realiza seu Doutorado em Engenharia Elétrica na UNICAMP, nesta mesma área. Seus interesses são eletrônica de potência aplicada em sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica.

J. R. Gazoli, UNICAMP – Univ. Estadual de Campinas, Departamento de Sistemas e Controle de Energia – DSCE

natural de Campinas-SP, é Doutor, Mestre e Graduado em Engenharia Elétrica pela Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Possui experiência em eletrônica de potência, energia solar fotovoltaica, acionamentos elétricos, filtros ativos, sistemas de controle e processamento digital. Membro da Sociedade Brasileira de Eletrônica de Potência, SOBRAEP, desde 2003. Desde 2011 integra o quadro de docentes da UNESP, Campus de Sorocaba.

References

J. A. Pomilio, C. A. Canesin, F. L. M. Antunes, F. S. dos Reis, L. P. Sampaio, "Power electronics courses for the new paradigms of the electrical system", in Proc. of COBEP, pp. 1-6, 2011. https://doi.org/10.1109/COBEP.2011.6085208 DOI: https://doi.org/10.1109/COBEP.2011.6085208

Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). Resolução Normativa No. 482 - Estabelece as condições ge-rais para o acesso de microgeração e minigeração dis-tribuída aos sistemas de distribuição de energia elétri-ca, o sistema de compensação de energia elétrica, e dá outras providências, 2012.

P. P. Barker, J. M. Bing, "Advances in solar photovol-taic technology: an applications perspective", IEEE Power Engineering Society General Meeting, vol. 2, pp. 1955-1960, 2005.https://doi.org/10.1109/PES.2005.1489304 DOI: https://doi.org/10.1109/PES.2005.1489304

IEEE Standard 1547-2003, IEEE standard for inter-connection distributed resource with electric power systems, 2003.https://doi.org/10.1109/IEEESTD.2003.94285 DOI: https://doi.org/10.1109/IEEESTD.2003.94285

R. Carnieletto, D. I. Brandão, S. Suryanarayanan, M. G. Simões, F. A. Farret, "Smart grid initiative: a multi-functional single-phase voltage source inverter", IEEE Transaction on Industry Applications Magazine, vol. 17, no. 5, pp. 27-35, 2011. https://doi.org/10.1109/MIAS.2010.939651 DOI: https://doi.org/10.1109/MIAS.2010.939651

German Commission for Electrical, Electronic & In-formation Technologies. VDE-AR-N 4105: Generators connected to the low-voltage distribution network - Technical requirements for the connection to and par-allel operation with low-voltage distribution networks, 2011.

Comitato Elettrotecnico Italiano. CEI 0-21: Reference technical rules for the connection of active and passive users to the LV electrical Utilities, 2012. (in Italian).

D. I. Brandão, "Sistema de geração fotovoltaico Multi-funcional", Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual Paulista, Bauru, 2013.http://hdl.handle.net/11449/87209

P. Tenti, P. Mattavelli, H. K. M. Paredes, "Conserva-tive Power Theory, sequence components and account-ability in smart grids", Przeglad Elektrotechniczny, vol. 6, pp. 30-37, 2010. https://doi.org/10.1109/ISNCC.2010.5524473 DOI: https://doi.org/10.1109/ISNCC.2010.5524473

Suntech, HiPerforma module PLUTO 240-Wde Poly-crystalline solar module datasheet.

M. Villalva, J. Gazoli, E. Ruppert, "Modeling and circuit-based simulation of photovoltaic arrays", Ele-trônica de Potência, vol. 14, pp. 35-45, 2009. https://doi.org/10.18618/REP.2009.1.035045 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2009.1.035045

M. A. G. Brito, L. P. Sampaio, G. A. Melo, C. A. Ca-nesin, "Contribuição ao estudo dos principais algorit-mos de extração da máxima potência dos painéis fo-tovoltaicos", Eletrônica de Potência, vol. 17, no. 3, pp. 592-600, 2012. https://doi.org/10.18618/REP.2012.3.592600 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2012.3.592600

O. Tremblay, L. Dessaint, A. Dekkiche, "A generic battery model for the dynamic simulation of hybrid electric vehicles", IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference, pp. 284-289, 2007. https://doi.org/10.1109/VPPC.2007.4544139 DOI: https://doi.org/10.1109/VPPC.2007.4544139

Sung-Hun Ko, S. R. Lee, H. Dehbonei, C. Nayar, "Ap-plication of voltage- and current-controlled voltage source inverters for distributed generation systems", IEEE Transaction on Energy Conversion, vol. 21, no. 3, pp. 782-792, 2006. https://doi.org/10.1109/TEC.2006.877371 DOI: https://doi.org/10.1109/TEC.2006.877371

Wenjin Dai, Yongtao Dai, Tingjian Zhong, "A new method for harmonic and reactive power compensation", IEEE International Conference on Industrial Technology, 2008, pp. 1-5. https://doi.org/10.1109/ICIT.2008.4608428 DOI: https://doi.org/10.1109/ICIT.2008.4608428

Su-Won Lee, Jae-Hyung Kim, Seong-Ryong Lee, Byoung-Kuk Lee, Chung-Yuen Won, "A tranformer-less grid-connected photovoltaic system with active and reactive power control", IEEE International Power Electronics and Motion Control Conference, pp. 2178-2181, 2009. https://doi.org/10.1109/IPEMC.2009.5157763 DOI: https://doi.org/10.1109/IPEMC.2009.5157763

Hyo-Ryong Seo et al., "Harmonics and reactive power compensation method by grid-connected photovoltaic generation system", International Conference on Elec-trical Machines and Systems, pp. 1-5, 2009. https://doi.org/10.1109/ICEMS.2009.5382712 DOI: https://doi.org/10.1109/ICEMS.2009.5382712

H. K. M. Paredes, "Teoria de potência conservativa: uma nova abordagem para o controle cooperativo de condicionadores de energia e considerações sobre atri-buição de responsabilidades", Tese de doutorado, Universidade Estadual de Campinas, 2011. https://doi.org/10.47749/T/UNICAMP.2011.796799 DOI: https://doi.org/10.47749/T/UNICAMP.2011.796799

H. K. M. Paredes, D. I. Brandão, E. V. Liberado, F. P. Marafão, "Compensação ativa paralela baseada na Teo-ria de Potência Conservativa", Eletrônica de Potência, vol. 17, pp. 409-418, 2012. https://doi.org/10.18618/REP.2012.1.409418 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2012.1.409418

IEEE application guide for IEEE Std 1547-2, IEEE standard for interconnecting distributed resources with electric power systems, 2008.https://doi.org/10.1109/IEEESTD.2008.4816078 DOI: https://doi.org/10.1109/IEEESTD.2008.4816078

F. P. Marafão, S. M. Deckmann, J. A. Pomílio, R. Q. Machado, "Metodologia de projeto e análise de algo-ritmos de sincronismo PLL", Eletrônica de Potência, vol. 10, no. 1, pp. 7-14, 2005. https://doi.org/10.18618/REP.2005.1.007014 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2005.1.007014

ABNT, NBR 16149 - Sistemas fotovoltaicos (FV) - Características da interface de conexão com a rede elétrica de distribuição, 2013.

ABNT, NBR 16150 - Sistemas fotovoltaicos (FV) - Características da interface de conexão com a rede elétrica de distribuição - Procedimento de ensaio de conformidade, 2013.

D. I. Brandão, F. P. Marafão, M. G. Simões, J. A. Pomilio, "Considerations on the modeling and control scheme of grid connected inverter with voltage support capability", in Proc. of COBEP, 2013. https://doi.org/10.1109/COBEP.2013.6785232 DOI: https://doi.org/10.1109/COBEP.2013.6785232

F. P. Marafão, S. M. Deckmann, J. A. Pomilio, R. Q. Machado, "Selective disturbance compensation and comparison of active filtering strategies," IEEE Inter-national Conference on Harmonics and Quality of Power, pp. 484-489, 2002. https://doi.org/10.1109/ICHQP.2002.1221483 DOI: https://doi.org/10.1109/ICHQP.2002.1221483

T. E. Nuñez-Zuñiga, J. A. Pomilio, "Introdução às técnicas de síntese e aplicações de indutâncias negati-vas", Eletrônica de Potência, vol. 9, no. 1, pp. 19-27, 2004. https://doi.org/10.18618/REP.2004.1.019027 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2004.1.019027

P. Mattavelli and S. Buso, Digital control in power electronics, Morgan & Claypoo, 1st ed., 2006. https://doi.org/10.2200/S00047ED1V01Y200609PEL002 DOI: https://doi.org/10.2200/S00047ED1V01Y200609PEL002

C. E. Soares, M. Mezaroba, L. Michels, and C. Rech, "Técnica anti-windup para controladores P+ressonantes aplicados a inversores de tensão mono-fásicos com filtro LC na saída", Congresso Brasileiro de Automática, pp. 748-754, 2010.

A. Rodriguez, M. Moranchel, E. J. Bueno, F. J. Rodri-guez, "Tuning of Resonant Controllers Applied to the Current Control of Voltage-Source Converters",Annu-al Conference on IEEE Industrial Electronics Society, 2012. https://doi.org/10.1109/IECON.2012.6389467 DOI: https://doi.org/10.1109/IECON.2012.6389467

Published

2013-11-30

How to Cite

[1]
D. I. Brandão, F. P. Marafão, F. A. S. Gonçalves, M. G. Villalva, and J. R. Gazoli, “Estratégia De Controle Multifuncional Para Sistemas Fotovoltaicos De Geração De Energia Elétrica”, Eletrônica de Potência, vol. 18, no. 4, pp. 1206–1214, Nov. 2013.

Issue

Section

Original Papers