Sistema monofásico de geração distribuída baseado em inversor multinível

Abstract

Este trabalho aborda as caracteristicas que envolvem o gerenciamento da operacao de um sistema monofasico de geracao distribuida. Embora tais caracteristicas possam ser expandidas para sistemas trifasicos e de potencia elevada, o sistema proposto esta relacionado com aplicacoes de geracao distribuida em baixa tensao ou naquelas que envolvam consumidores residenciais. O funcionamento do sistema proposto e baseado em um conversor eletronico de potencia elaborado a partir da estrutura multinivel na topologia cascata assimetrica de 19 niveis. Nesta topologia, as tensoes dos barramentos CC devem ser isoladas e desiguais entre si. Tal condicao permite o envolvimento, nos barramentos CC do inversor, de multiplas ou diferentes fontes alternativas de energia eletrica tais como sistemas fotovoltaicos, sistemas de celulas a combustivel ou sistemas eolicos associados com conversores CC/CC. Com o sistema em operacao, busca-se uma injecao apenas de potencia ativa no sistema de distribuicao alimentador e um fornecimento ininterrupto de energia eletrica para uma carga local mesmo quando nesta predominar caracteristicas nao-lineares de alimentacao. Assim, de acordo com os seus objetivos, o sistema proposto opera de forma continua e intercalada entre os modos ilhado e compartilhado. Detalhes sobre tais modos de operacao e suas respectivas transicoes sao apresentadas. As transicoes envolvem a deteccao de ilhamento e o exito no sincronismo. Em funcao disso, e apresentado um metodo ativo de deteccao de condicoes de ilhamento. Tal metodo representa a adaptacao de um metodo ativo ja existente (AFDPF) aos requisitos de operacao do sistema proposto neste trabalho. Justificativas e detalhes dessa adaptacao do metodo ativo AFDPF sao apresentados. Com relacao a outra transicao, um metodo de sincronismo baseado em tecnicas PLL e apresentado. Tal metodo de sincronismo atende os requisitos estabelecidos em IEEE Std 1547-2003, diminuindo os impactos de uma possivel religacao com o sistema de distribuicao. Para permitir um melhor funcionamento sob diferentes requisitos, tambem sao descritas as etapas que envolvem os metodos de projeto dos controladores adotados: controlador PI de corrente de saida; controlador PI de potencia media injetada; e controlador P+Ress de tensao na carga. Em especial, e apresentada uma nova metodologia de projeto do controlador proporcional e ressonante (P+Ress) de tensao baseada na sua resposta em malha fechada observada no dominio do tempo, em contrapartida ao seu metodo classico de projeto baseado no dominio da frequencia. Um modelo matematico para simulacoes computacionais e um prototipo experimental utilizando o DSP TMS320F2812 foram considerados. Resultados de simulacoes computacionais e experimentais sao comparados e permitem a verificacao do comportamento do sistema proposto sob condicoes normais e anormais de operacao Abstract