Inversor para conexão com rede elétrica de aerogeradores de pequeno porte

Abstract

Nesta dissertação apresenta-se o estudo e a implementação de um inversor para conexão de um aerogerador de pequeno porte à rede elétrica. Este inversor (CC-CA) é o segundo estágio do conversor de potência que realiza a conexão do sistema eólico à rede elétrica, conhecido em inglês por grid power converter - GPC. Inicialmente, apresenta-se uma breve revisão bibliográfica dos tipos de GPCs disponíveis no mercado, suas características, bem como suas vantagens e desvantagens. Em seguida, a topologia empregada é estudada detalhadamente, sendo esta composta por um conversor Buck em série com um inversor fonte de corrente, em que a modulação utilizada faz com que a maioria dos interruptores comutem em sincronia com a tensão da rede elétrica para realização do desdobramento da corrente. A sincronização é realizada por meio de um detector de fase digital, o qual impõe à referência do controle de corrente uma forma senoidal e em fase com a tensão, enquanto o controle de tensão define a corrente de pico, caracterizando assim a estratégia de controle em cascata. Após a definição do modelo teórico e dedução das equações envolvidas, é apresentado o desenvolvimento de um protótipo com potência nominal de 5 kW, que se conecta à rede elétrica com tensão eficaz de 220 V e frequência de 60 Hz. Finalmente, a análise teórica é validada por meio da experimentação, mostrando-se condizente com os objetivos do trabalho. Observa-se que a topologia possui vantagens, tais como simples controle e filtro de saída.

Abstract : This master's thesis presents a study and implementation of a DC-AC grid-tied inverter. The proposed inverter is the second stage of a grid power converter (GPC) for small wind turbine systems. The complete topology is composed by a Buck converter in series with a current source inverter (CSI), which operates as current unfolder. A brief literature review was done to compare the types of GPCs available commercially, their main characteristics as well as their advantages and disadvantages. A cascaded control strategy was adopted. The grid synchronization was performed by a digital phase - locked loop (PLL), which imposes a sinusoidal current reference in phase with the mains voltage, while the voltage control defines the peak of the current to be injected into the grid. After the development of the theoretical model and deduction of the converter's equations, a prototype with a rated power of 5 kW was built and connected to a 220 V/60 Hz grid. The experimental results validated the theoretical analysis. It was observed that the topology has great advantages such as simplicity and high reliability.