Sistema de supervisão e controle de geração solar fotovoltaica para aplicação em microrredes inteligentes

Abstract

Neste trabalho são estudadas técnicas aplicadas ao controle de um sistema fotovoltaico obtido a partir da integração de conversores CC-CC elevadores de tensão conectados a um barramento CC comum e projetados para processar até 2 kW. A estratégia adotada permite duas possibilidades: na primeira, cada conversor é individualmente controlado para funcionar como rastreador do ponto de máxima potência (MPPT) e, na segunda, o controle é realizado de modo que os conversores mantenham, de forma compartilhada, a tensão do barramento CC regulada. Para alcançar tais objetivos, inicialmente apresenta-se uma proposta de modelagem matemática experimentalmente validada, aplicada a módulos e a arranjos fotovoltaicos. Os modelos obtidos possibilitam reproduzir as condições típicas de geração do sistema fotovoltaico, fortemente dependentes das condições ambientais, em plataformas de simulação. Além disso, métodos de rastreamento do ponto de máxima potência recorrentes na literatura são revisitados, com destaque à implementação prática daqueles cuja operação está baseada na medição ou na estimação de temperatura de superfície do gerador fotovoltaico: MPPT-temp e MPPT-temp Voc. É também realizada uma análise de estabilidade do sistema fotovoltaico proposto, utilizando-se como ferramenta os critérios de Middlebrook, de margem de ganho e de ganho de fase, com o intuito de averiguar como o paralelismo de conversores pode degradar a estabilidade do barramento CC. Finalmente, resultados provenientes de simulação e de experimentação são apresentados e discutidos, considerando-se os diversos cenários de operação.<br>

Abstract : This work evaluates some techniques applied to control a photovoltaic system obtained from the integration of DC-DC boost converters, which are connected to a common DC link and designed to process up to 2 kW. The adopted strategy enables two possibilities: at the first one, each converter is singly controlled for working as a maximum power point tracker (MPPT); and at the second, the control is accomplished in order to allow the common DC link voltage regulation. In order to reach the final proposal, it is presented a mathematical model for photovoltaic modules and arrays which was experimentally corroborated. The obtained models permit to simulation photovoltaic modules and arrays, taking into account the environmental effects at the output voltage, current and power. Furthermore, the most frequently used MPPT algorithms are discussed, mainly that ones based on the temperature or on its estimation at the surface of the photovoltaic module: MPPT-temp and MPPT-temp Voc. In addition, a stability analysis for the photovoltaic system was carried out through the criteria of Middlebrook, gain margin and phase margin, in order to find out how the link DC is degraded due to the integration of parallel converters. Finally, the simulation and experimental results are presented and discussed in accordance with the multiplicity of operational settings.