Projeto de Controlador Baseado no Modelo Interno com 1 Grau de Liberdade Utilizado em Injeção de Potência Ativa na Rede Monofásica a Partir de Geração

Authors

  • Eric N. Chaves Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Goiás, Itumbiara – GO, Brasil
  • Ernane A. A. Coelho Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia – MG, Brasil
  • Henrique T. M. Carvalho Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia – MG, Brasil
  • Luiz C. G. Freitas Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia – MG, Brasil
  • João B. V. Júnior Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia – MG, Brasil
  • Luiz C. Freitas Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia – MG, Brasil

DOI:

https://doi.org/10.18618/REP.2015.2.172184

Keywords:

Controle com Modelo Interno, Geração Fotovoltaica, Proporcional-Ressonante, Sistemas Conectados com a Rede Elétrica Monofásica

Abstract

Este trabalho apresenta o projeto de um controlador baseado no modelo interno (Internal Model Control – IMC) com 1 grau de liberdade (1 Degree of Freedom – 1 DOF) aplicado a um inversor de tensão conectado à rede elétrica monofásica. É apresentada a modelagem matemática do inversor com filtro LCL, que é utilizada para o projeto do controlador IMC 1DOF, e analisada a compensação da realimentação interna ao sistema, correspondente ao desacoplamento da tensão da rede, através da estratégia de realimentação à frente (Feedforward). Visando-se uma base de comparação, também é aplicado ao sistema, um bem conhecido controlador Proporcional-Ressonante (P+Res) e são apresentados resultados de simulação e experimentais, os quais permitem uma análise e comparação de desempenho de ambos os controladores.

Downloads

Download data is not yet available.

Author Biographies

Eric N. Chaves, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Goiás, Itumbiara – GO, Brasil

possui graduação em Engenharia Elétrica - Faculdades Objetivo - GO (2005) e mestrado em Engenharia Elétrica e de Computação pela Universidade Federal de Goiás (2010). Tem experiência na área de Engenharia Elétrica, com ênfase em Automação e Controle, Eletrônica de Potência, Inteligência Artificial e Acionamento de Máquinas Elétricas. Atualmente é Professor Efetivo do Instituto Federal de Goiás - IFG - Campus Itumbiara.

Ernane A. A. Coelho, Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia – MG, Brasil

possui graduação em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Minas Gerais (1987), mestrado em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Santa Catarina (1989), doutorado em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Minas Gerais (2000) e pós-doutorado pela Aalborg University (2015). Atualmente é Professor Titular da Universidade Federal de Uberlândia - UFU.

Henrique T. M. Carvalho, Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia – MG, Brasil

graduando na área de Engenharia Elétrica na Universidade Federal de Uberlândia. Bolsista CNPq com experiência em circuitos eletrônicos, eletrônica de potência e microcontroladores.

Luiz C. G. Freitas, Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia – MG, Brasil

possui graduação em Engenharia Elétrica - Ênfase em Eletrotécnica pela Universidade Federal de Uberlândia (2001), mestrado (2003) e doutorado (2006) em Engenharia Elétrica pela mesma universidade. De 2006/2 a 2008/1 foi professor do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Goiás (IFG-Jataí). Desde 2008/2 é professor da Faculdade de Engenharia Elétrica da UFU, onde atualmente é Professor Adjunto IV.

João B. V. Júnior, Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia – MG, Brasil

possui graduação em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Uberlândia (1980), mestrado em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Santa Catarina (1984) e doutorado em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Santa Catarina (1991). Atualmente é professor da UFU.

Luiz C. Freitas, Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia – MG, Brasil

é engenheiro eletricista (1975) pela Universidade Federal de Uberlândia Faculdade de Engenharia Elétrica (UFU-FEELT), Uberlândia-MG, mestre (1985) e doutor (1992) pela Universidade Federal de Santa Catarina Instituto de Eletrônica de Potência (UFSC-INEP), Florianópolis-SC. Atualmente é professor titular da Faculdade de Engenharia Elétrica (FEELT) da UFU.

References

Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). Atlas de Energia Elétrica do Brasil, 2ª Ed., Brasília, 2005.

J.R. Gazoli, M.G. Villalva, D.I. Brandão, F.P. Marafão, E. Ruppert, "Microinversor Integrado ao Módulo Fotovoltaico para Sistemas Conectados à Rede Elétrica Utilizando Controlador Ressonante", Eletrônica de Potência, vol. 18, nº 2, pp. 908-916, maio, 2013. https://doi.org/10.18618/REP.2013.2.908916 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2013.2.908916

A. Safari, S. Mekhilef, "Simulation and Hardware Implementation of Incremental Conductance MPPT With Direct Control Method Using Cuk Converter", IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 58, nº 4, pp. 1154-1161, abril, 2010. https://doi.org/10.1109/TIE.2010.2048834 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2010.2048834

M. A. G. de Brito, L. Galotto, L. P. Sampaio, G. de Azevedo e Melo, C. A. Canesin, "Evaluation of the Main MPPT Techniques for Photovoltaic Applications", IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 60, nº 3, pp. 1156-1167, maio, 2012. https://doi.org/10.1109/TIE.2012.2198036 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2012.2198036

W. Libo, Z. Zhengming, L. Jianzheng, "A Single-Stage Three-Phase Grid-Connected Photovoltaic System WithModified MPPT Method and Reactive Power Compensation", IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 22, nº 4, pp. 881-886, dezembro, 2007. https://doi.org/10.1109/TEC.2007.895461 DOI: https://doi.org/10.1109/TEC.2007.895461

International Electrotechnical Commission, IEC 61000-3-2, Electromagnetic Compatibility (EMC) - Limits for Harmonic Current Emissions, 1998 e Emenda A14, 2001.

IEEE 519-1992, IEEE Recommended Practice and Requirements for Harmonic Control in Electric PowerSystems, 1992. https://doi.org/10.1109/IEEESTD.1993.114370 DOI: https://doi.org/10.1109/IEEESTD.1993.114370

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

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

IEEE Standard 1547-2003, IEEE Standard for Interconnection Distributed Resource with Electric Power Systems, 2003. https://doi.org/10.1109/IEEESTD.2003.94285 DOI: https://doi.org/10.1109/IEEESTD.2003.94285

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

D.N. Zmood, D.G. Holmes, "Stationary Frame Current Regulation of PWM Inverters with Zero Steady-State Error", IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 18, nº 3, pp. 814-822, maio, 2003. https://doi.org/10.1109/TPEL.2003.810852 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2003.810852

M. Rashed, C. Klumpner, G. Asher, "Repetitive and Resonant Control for a Single-Phase Grid-Connected Hybrid Cascaded Multilevel Converter", IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 28, nº 5, pp. 2224-2234, maio, 2013. https://doi.org/10.1109/TPEL.2012.2218833 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2012.2218833

M.G. Villalva, M.F. Espindola, T.G. de Siqueira, E. Ruppert, "Modeling and Control of a Three-Phase Isolated Grid-Connected Converter for Photovoltaic Applications", Controle & Automação, vol. 22, nº 3, pp. 229-237, maio, 2011. https://doi.org/10.1590/S0103-17592011000300001 DOI: https://doi.org/10.1590/S0103-17592011000300001

G.P. Viajante, D.A. Andrade, L.C. Gomes, J.A. Santos Jr, V. R. Bernardeli, A. W. F. V. Silveira, M.A.A. Freitas, F. S. Silva, "Estratégia de Conexão à Rede Elétrica do Gerador a Relutância Variável para Injeção de Potência Ativa", Eletrônica de Potência, vol. 19, nº 2, pp. 121-131, março, 2014. https://doi.org/10.18618/REP.2014.2.121131 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2014.2.121131

D.I. Brandão, F.P. Marafão, F.A.S. Gonçalves, M.G. Villalva, 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, setembro, 2013. https://doi.org/10.18618/REP.2013.4.12061214 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2013.4.12061214

H. Cha, T.K. Vu, J.E. Kim, "Design and Control of Proporcional-Ressonant Controller Base PhotovoltaicPower Conditioning System", in Proc. Energy Conversion Congress and Exposition, pp. 2198-2205, 2009. https://doi.org/10.1109/ECCE.2009.5316374 DOI: https://doi.org/10.1109/ECCE.2009.5316374

R. Teodorescu, F. Blaabjerg, M. Liserre and P.C. Loh, "Proportional-Resonant Controllers and Filters for Grid-Connected Voltage-Source Converters", IEE Proc.-Electr. Power Appl., vol. 153, nº 5, pp. 750-762, setembro, 2006. https://doi.org/10.1049/ip-epa:20060008 DOI: https://doi.org/10.1049/ip-epa:20060008

D. Wenfang, H. Qun, X. Yingnian, "Study on IMC-PID Control for Single-phase Voltage-Source Inverters",in Proc. Power Electronics and Motion Control Conference IPEMC, pp. 1514-1518, 2009. https://doi.org/10.1109/IPEMC.2009.5157627 DOI: https://doi.org/10.1109/IPEMC.2009.5157627

M.J. Ryan, W.E. Brumsickle, R.D. Lorenz, "Control topology options for single-phase UPS inverters", IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 33, nº 2, pp. 493-501, março, 1997. https://doi.org/10.1109/28.568015 DOI: https://doi.org/10.1109/28.568015

W. Li, D. Pan, X. Ruan, X. Wang, "A Full-Feedforward Scheme of Grid Voltages for a Three-phase Grid-connected Inverter with an LCL Filter", in Proc. Energy Conversion Congress and Exposition, pp. 96-103, 2011. https://doi.org/10.1109/ECCE.2011.6063754 DOI: https://doi.org/10.1109/ECCE.2011.6063754

T. Liu, X. Hao, X. Yang, M. Zhao, L. Xiong, "A Novel Grid Voltage Feed Forward Control Strategy for Three-phase Grid-connected VSI with LCCL Filter", in Proc. IEEE International Symposium on Industrial Electronics,pp. 86-91, 2012. https://doi.org/10.1109/ISIE.2012.6237064 DOI: https://doi.org/10.1109/ISIE.2012.6237064

R.D. Middlebrook, S. Cuk, "A General Unified Approach to Modelling Switching-Converter Power Stages", in Proc. of Power Eletronics Specialists Conference, pp. 1-6, 1976. https://doi.org/10.1109/PESC.1976.7072895 DOI: https://doi.org/10.1109/PESC.1976.7072895

R.W. Erickson, D. Maksimóvic, Fundamentals of Power Electronics, Second Edition, 2004. https://doi.org/10.1007/978-3-030-43881-4 DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-43881-4

M. Liserre, F. Blaabjerg, S. Hansen, "Design and Control of an LCL-Filter-Based Three-Phase Active Rectifier", IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 41, nº 5, pp. 1281-1291, setembro, 2005. https://doi.org/10.1109/TIA.2005.853373 DOI: https://doi.org/10.1109/TIA.2005.853373

C. Brosilow, B. Joseph, Techniques of Model-Based Control, Prentice Hall, 1a Edição, Nova Iorque, 2002.

Published

2015-05-31

How to Cite

[1]
E. N. Chaves, E. A. A. Coelho, H. T. M. Carvalho, L. C. G. Freitas, J. B. V. Júnior, and L. C. Freitas, “Projeto de Controlador Baseado no Modelo Interno com 1 Grau de Liberdade Utilizado em Injeção de Potência Ativa na Rede Monofásica a Partir de Geração”, Eletrônica de Potência, vol. 20, no. 2, pp. 172–184, May 2015.

Issue

Section

Original Papers