Nesse capítulo foi apresentada a revisão bibliográfica das estratégias de controle usa- das em sistemas de geração fotovoltaicos conectados com a rede elétrica. Foram apresen- tadas as principais topologias de conversão, que são a de um ou de dois estágios. O tipo da topologia utilizada afeta o sistema de controle, pois com apenas um estágio, o algoritmo MPPT é quem define a tensão de referência do barramento CC, já com dois estágios, a tensão de referência é definida pelo operador. Desta forma, pela facilidade de controle a topologia escolhida para o trabalho é de dois estágios. Para conectar o sistema de geração fotovoltaico à rede elétrica é preciso obter o vetor tensão do PAC. Por esse motivo foram apresentados métodos de extração de ângulos da rede elétrica (PLL). O PLL utilizado no trabalho identifica o vetor da rede elétrica utilizando sinais em quadratura. Também fo- ram apresentadas características dos filtros de potência L, LC e LCL, com suas principais vantagens e desvantagens. Estes filtros são usados na saída do inversor para tornar possí- vel o controle das correntes. Como o filtro LCL é o filtro que apresenta melhor atenuação dos componentes harmônicos de alta ordem geradas pelo inversor de tensão, o mesmo foi o escolhido para a implementação do sistema. Em relação a compensação harmônica realizada pelos sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica, foram apresentadas as
estruturas para se obter correntes de saída com baixo teor harmônico e também como é realizada a compensação do PAC. Para que não seja necessária a medição das correntes das cargas locais, com o intuito de se obter a identificação do conteúdo harmônico de cor- rente e da potência reativa consumida, a compensação escolhida para o trabalho realiza a compensação do PAC controlando as correntes de saída do sistema fotovoltaico de uma forma indireta a partir do controle das correntes da rede elétrica. Outro fator importante para a escolha da forma de compensação utilizada é que na mesma não é necessária a utilização de filtros para a extração harmônica. No capítulo também foram apresentados os principais controladores usados na malha de corrente e na malha de tensão do bar- ramento CC. Dentre os controladores apresentados o controlador DSM-PI foi escolhido para o controle da tensão do barramento CC por causa de sua rápida ação durante o tran- sitório e por causa da geração de uma referência suave para o controle de corrente durante o regime permanente. Em relação ao controle de corrente, o controlador escolhido é o DSC que garante erro nulo quando o referencial estacionário é utilizado. Para que haja uma compensação harmônica efetiva é associado ao controlador da componente funda- mental, outros controladores DSCs sintonizados nos principais harmônicos verificados na integração do sistema fotovoltaico com o barramento CA.
Dimensionamento e Modelagem do
Sistema PV
Na implementação de um sistema de geração fotovoltaico é necessário realizar o seu dimensionamento, em função da sua aplicação, bem como, a sua modelagem dinâmica. Neste capítulo é apresentada a descrição do sistema fotovoltaico estudado, bem como, os procedimentos utilizados para obtenção dos referidos modelos de controle.
Em relação a modelagem, inicialmente é considerado o sistema com todas suas par- ticularidades e, logo após, são feitas algumas considerações para simplificar os seus mo- delos, simplificando o projeto dos controladores. O controle das correntes de saída do sistema é feito de forma indireta, sem a utilização de extração de harmônicos, regulando- se a corrente da rede elétrica no referencial estacionário. Por este motivo é apresentado um modelo dinâmico que relaciona as correntes da rede elétrica e as tensões geradas pelo inversor de tensão.
Já na estratégia de controle de tensão do barramento CC, emprega-se o conceito do balanço de energia para obtenção do seu modelo dinâmico. Desta forma, o modelo obtido relaciona a tensão do barramento CC pela corrente de eixo direto da rede elétrica.
3.1
Descrição do Sistema
Na Figura 3.1 é apresentada a topologia básica de um sistema fotovoltaico trifásico conectado à rede elétrica, conectado ao PAC por meio de um filtro de conexão do tipo LCL. As indutâncias do filtro LCL são representadas pelas associações série de resistên- cias e de indutâncias ri+ jωslie rg+ jωslg, respectivamente. O capacitor do filtro LCL por
um capacitor em série com uma resistência (rd+1/( jωsclcl)). A rede elétrica é composta
por uma fonte de tensão senoidal trifásica com suas respectivas impedâncias internas, também representadas por associações série de resistências e de indutâncias (rs+ jωsls). O
barramento CC do inversor trifásico é conectado a um painel fotovoltaico por meio de um conversor boost com indutância lboost. O bloco de cargas lineares conectadas no PAC re-
presenta o conjunto de cargas lineares que consumem potência da rede elétrica. Exemplos de cargas lineares são os motores de indução usados em aplicações industriais e lâmpa- das incandescentes. O bloco de cargas não-lineares representa um conjunto de cargas não lineares que podem ser conectadas no PAC. Exemplos de cargas não lineares são os conversores de potência usados no controle dos motores elétricos e fontes chaveadas.
Não-Lineares Cargas Lineares Cargas il1il2il3 SGD SGD SGD
Figura 3.1: Diagrama de blocos do sistema de interconexão trifásico.
O conversor boost é empregado para elevar a tensão produzida pelo conjunto de mó- dulos fotovoltaicos e para garantir que o sistema opere no ponto de máxima potência. En- quanto que o inversor de tensão é responsável pela conversão CC/CA, viabilizando assim, a interconexão do sistema à rede elétrica. O filtro de conexão LCL, utilizado na interco- nexão do inversor com o PAC, é empregado para redução dos componentes harmônicos de corrente, de alta-frequência, oriundos do chaveamento do inversor. A carga linear, co- nectada no PAC, tem por objetivo, a imposição de um baixo fator de potência ao sistema. A carga não-linear é empregada como fonte de harmônicos.