Compensation of the double-line frequency voltage ripple on single-phase two-stage photovoltaic microinverter

Abstract

Em sistemas de conversão de energia monofásicos conectados à rede é comum o uso de capacitores eletrolíticos para lidar com a ondulação de potência de baixa frequência. No entanto, tais capacitores apresenta a vida útil limitada. Baseado neste fato, propõe-se, nesta dissertação, a aplicação de uma célula de desacoplamento de potência ativa conectado ao barramento cc de um Microinversor Fotovoltaico de dois estágios, operando como um buffer de energia. O intuito da célula de desacoplamento de potência é deslocar a ondulação de potência do barramento cc para um capacitor de desacoplamento, cuja restrição de ondulação de tensão é muito menor que do que a do barrramento principal, de modo que é possível utilizar capacitores de baixa capacitância e elevada vida útil. Sendo assim, uma célula de desacoplamento de potência é projetada para ser integrada paralelamente ao barramento cc de um Microinversor Fotovoltaico de dois estágio a fim de compensar a ondulação de potência, bem como regular o valor médio da tensão sobre o capacitor de desacoplamento. Além disso, é apresentada uma nova estrutura de controle para atender todos os objetivos supracitados. Finalmente, um protótipo da délula de desacoplamento de potência e do Microinversor Fotovoltaico são implementados para validar o desempenho do sistema como um todo.

Abstract : In power conversion systems connected to the single-phase powergrid it is usual the utilization of electrolytic capacitors to cope withlow-frequency power ripple. However, such capacitors have a limitedlifetime. Thereby, this master s thesis proposes the application of anactive power decoupling cell connected to the dc bus of a two-stagephotovoltaic microinverter, operating as a power buffer. The purposeof the power decoupling cell is to shift the power ripple from the dcbus to a decoupling capacitor, whose voltage ripple may oscillatemore than the voltage of the main bus, allowing the use of lowcapacitance and extended lifetime capacitors. Thus, the master sthesis presents a procedure to design the power decoupling cell anda new control structure to meet all the aforementioned objectives.Experimental results obtained from the prototype of a photovoltaicmicroinverter with power decoupling cell validate the performanceof the entire system.