Hil-assisted implementation and experimental evaluation of current control techniques for photovoltaic microinverters

Abstract

Microinversores fotovoltaicos devem atender a uma série de normas vigentes em relação à qualidade da corrente injetada na rede elétrica. Para tanto, o projeto dos estágios de potência e de controle deve ser realizado de forma adequada, para que cumpra os pré-requisitos estabelecidos. Muitas técnicas para controle de corrente podem ser empregadas de forma a atender os requisitos de qualidade de energia de um microinversor fotovoltaico, não havendo consenso sobre as vantagens do emprego de uma técnica em detrimento às demais. Diante desse cenário, a presente dissertação propõe analisar a implementação de cinco distintas técnicas de controle de corrente para microinversores conectados à rede elétrica. Essas técnicas fazem uso de controladores do tipo proporcional (P), Proporcional-Integral (PI), Proporcional-Ressonante (PR), Multi-Ressonante (MR) e Repetitivo (R). Para auxiliar na implementação do algoritmo de controle e das técnicas de controle de corrente, é utilizado um instrumento de simulação em tempo real baseado em Hardware in The Loop (HIL). Os resultados obtidos permitem comparar as técnicas avaliadas em relação ao desempenho, a alocação de memória e ao tempo necessário para calcular a lei de controle implementada. Resultados experimentais obtidos a partir de um protótipo laboratorial de 250 W validam o desenvolvimento teórico, sendo que no melhor cenário a DHT de corrente estabeleceu-se em 1,7%.<br>

Abstract : Grid-connected Photovoltaic microinverters need to comply with several regulations concerning the quality of the grid current. Hence, their power and control stages must be properly carried out in order to fulfill the defined requirements. Many current control techniques can be applied to this proposal and there is no consensus on the advantages of one technique over the others. Thereby, this master?s thesis proposes the study and implementation of five different current control techniques applied to grid-connected microinverters. These control techniques are based on the use of Proportional (P), Proportional-Integrator (PI), Proportional-Resonant (PR), Multi-Resonant (MR), and Repetitive (R) controllers. In order to assist the implementation of the studied control techniques, it is employed real-time Hardware-in-the-Loop (HIL) simulation. The obtained results allow comparing the selected control techniques in terms of evaluating their performance, memory allocation, and required time for executing the control law. Experimental results extracted from a 250-W laboratory prototype validate the theoretical development, in which the THD of the grid current in the best operating scenario was 1.7%.