Controle coordenado de conversores CC-CC com saídas conectadas em paralelo voltado ao processamento de energia solar fotovoltaica

Abstract

Nesta dissertação apresentam-se diferentes estratégias para realizar o controle coordenado de três conversores cc-cc tipo Boost de 2 kW de potência nominal cada um. As entradas destes conversores são conectadas a arranjos fotovoltaicos independentes, enquanto suas saídas são conectadas em paralelo a um barramento cc. O compartilhamento de potência é implementado por meio de três distintas técnicas, comparadas por meio de figuras de mérito como modularidade, eficiência, complexidade e confiabilidade e tem como objetivo manter a tensão do referido barramento regulada em 400 V. A primeira estratégia utilizada, denominada de Droop, é implementada localmente e tem como principais vantagens o fato de ser modular, robusta e simples realização prática. Em contrapartida, apresenta baixa regulação de tensão. A segunda estratégia, Mestre-escravo, requer um conversor mestre responsável por regular a tensão do barramento e enviar a referência de corrente aos demais conversores, escravos . Os pontos positivos desta técnica são eficiência de controle e simplicidade, no entanto, apresenta baixa robustez. O controle hierárquico, por sua vez, apresenta bom compromisso entre robustez e eficiência de controle, e neste trabalho foi implementado como sendo a estratégia Droop adicionada de uma malha externa que corrige a referência de tensão para melhorar a regulação. Além da teoria e validação das estratégias citadas por simulação, este trabalho apresenta detalhes do projeto e dimensionamento dos conversores, bem como resultados experimentais.

Abstract: This work presents different strategies to realize the coordinated control of three dc-dc Boost-based converters with 2 kW of nominal output power. The inputs of these converters are connected to independent photovoltaic arrays while their outputs are connected in parallel to a dc bus. The power sharing is implemented through three different techniques, compared by figures of merit such as modularity, efficiency, complexity and reliability, in order to maintain the voltage applied to the dc bus regulated in 400 V. The first strategy, Droop, is a local technique characterized for its modularity, robustness and simple practical realization. Conversely, it has low voltage regulation. The second strategy, Master-slave, requires a "master" converter responsible for regulating the bus voltage and sending the current reference to the other converters, "slaves". The strengths of this technique are control efficiency and simplicity, however, it presents low robustness. Finally, the hierarchical control, presents a proper compromise between robustness and control efficiency. In this work it is implemented as the Droop strategy added by an external control loop to improve the voltage regulation. Besides the theory and validation of the cited strategies by simulation, this work presents details regarding the converters designing and sizing, as well as experimental results.