Flexible grid connected inverter to enable single- and three-phase power processing with an integrated active ripple control unit

Abstract

Topologias de inversores operando como interfaces com redes elétricas precisam ser adaptados para uso em redes monofásicas e trifásicas. Atualmente existem poucas opções disponíveis para sistemas de alto desempenho que permitem que tais inversores sejam prontamente reconfiguráveis para uma operação em ambos os modos. Contudo, pode-se obter vantagens ao se desenvolver um equipamento flexível capaz de realizar uma reconfiguração automática ou quase-automática. Este trabalho propõe uma topologia que permite a operação monofásica ou trifásica para inversores conectados à rede baseada na reconfiguração do mesmo sem gerar esforços muito diferentes em seus componentes e possibilitando um desempenho similar aos inversores sem esta capacidade. Uma das células de comutação do inversor opera como um circuito de controle de ondulação ativa no modo monofásico e, assim, reduz a ondulação de tensão de segunda ordem que vem com o descasamento entre a potência processada de uma fonte de energia contínua e a potência pulsante de uma rede te tensão alternada. Este célula de comutação é utilizada como uma das fases na operação trifásica. A utilização de uma topologia de três níveis para o modo trifásico permite um alto desempenho em uma ampla faixa de aplicações, incluindo a conexão com a rede sem transformador devido à possibilidade de operação com baixa tensão de modo comum.

Abstract: Typical inverter topologies operating as interfaces to electrical networks need to be adapted for use in the respective single- or three-phase networks. There are currently only a few options available for high performance power conversion systems that allow such inverters to be readily reconfigurable for operation in either mode. However, advantages can be obtained by developing flexible equipment that are capable of performing an automatic or quasi-automatic reconfiguration. This work proposes a topology that allows single- or three-phase operation for grid-connected inverters based on its reconfiguration without producing highly unbalanced efforts in its components and enabling a similar performance to inverters without this capacity. One of the inverter switching cells operates as an active ripple control circuit in single-phase mode and, thus, reduces the second-order voltage ripple that is generated with the mismatch between the processed power of a continuous power source and the pulsating power of an alternating current network. This switching cell is used as one of the phases in three-phase operation. The use of a three-level topology for the three-phase mode allows high performance in a wide range of applications, including transformerless grid connection due to the possibility of common mode low voltage operation.