Investigação de estratégia de controle de um inversor CC/CA monofásico on-grid alimentado por módulos solares utilizando o software PSCAD/EMTDC

Abstract

Nas últimas décadas, verifica-se um crescente interesse na utilização da energia elétrica produzida por sistemas fotovoltaicos. Isto se deve ao fato de haver um decréscimo no incentivo quanto ao uso de combustíveis fósseis, tais como o carvão e o petróleo. Desta forma, verifica-se a importância de melhoramentos constantes no tratamento e controle da energia proveniente dos módulos fotovoltaicos, buscando uma melhor eficiência e eficácia de seus sistemas de controle e sistemas conversores CC/CC e CC/CA. O objetivo deste trabalho é realizar a investigação de uma proposta de estratégia de controle para um inversor CC/CA monofásico, isolado através de transformador de alta frequência (high frequency) e conectado à rede elétrica através de um indutor monofásico (ongrid) com alimentação proveniente de um conjunto de módulos fotovoltaicos. A estratégia de controle proposta se baseou em um sistema Phase Locked Loop (PLL) utilizando a teoria da potência reativa instantânea (p–q theory), no qual utilizou dois eixos virtuais pela transformação de Clark e de Park e permitindo uma boa velocidade de resposta, precisão e desacoplamento entre o sistema de controle e o sistema de potência. Simulações computacionais utilizando o software para Modelagem de Sistemas de Potência e Simulação de Transitórios Eletromagnéticos PSCAD/EMTDC demonstram a eficiência da estratégia proposta para o sistema inversor proposto através dos resultados gráficos das potências de entrada (fornecidas pelo conjunto de módulos fotovoltaicos) bem como pelos resultados das potências de saída (fornecidas pelo inversor monofásico). A estratégia proposta demonstrou-se simples e possuindo como característica a facilidade de implementação através de um Processador de Sinais Digitais (DSP – Digital Signal Processor), proporcionando eficiência e eficácia compatíveis com os obtidos nos inversores CC/CA atuais.

In the last decades, electric power produced through solar panels is increasing due to the deterrent in the use of fossil fuels like coal and petrol. Constant improvement on treatment and control of solar panel power demands the development of efficient and effective control systems for DC/DC and DC/AC converters. The goal of this work is to perform an investigation about the control’ strategy of a single-phase DC/AC converter, which has an isolation high-frequency transformer and a single-phase inductor (On-Grid) to connect the inverter to the power grid of the electrical system. The control strategy proposed uses the theory of the instantaneous reactive power (p– q theory) and Phase-Locked Loop (PLL). The p-q theory uses two virtual axes in Park Transformation which provide to the control system good velocity response, accuracy and decoupling between the control system and power system. Computer simulations using electromagnetic transient simulation software PSCAD/EMTDC show the efficiency of the strategy proposed for a single-phase inverter from input power graphics results (from solar panel cluster) as well as the output power graphics results (provided by single-phase inverter). The control strategy proposed proved to be simple and easy to implement using a Digital Signal Processor (DSP) which contributes to the improvement of present DC/DC converters.