Analysis of total harmonic distortion performance in grid-tied single-phase voltage source inverters through closed-loop modeling

Abstract

Esta tese apresenta uma metodologia para estimar, na etapa de projeto, a distorção harmônica total da corrente injetada na rede elétrica por inversores fonte de tensão de dois estágios. Como tais inversores operam em malha fechada, a qualidade da correte injetada na rede elétrica é altamente dependente da dinâmica das malhas de controle. Assim, é necessário focar em uma abordagem que modele o comportamento da corrente injetada na rede considerando as perturbações em malha fechada. A abordagem proposta possibilita a derivação de uma equação para prever o comportamento da corrente injetada na rede e estimar sua distorção harmônica, tornando-se uma importante ferramenta para otimizar o projeto de inversores conectados à rede. Para validar a acurácia da metodologia desenvolvida, são apresentados resultados experimentais em diferentes cenários de operação.

Abstract: This thesis presents a methodology to estimate, in the design stage, the total harmonic distortion of the current injected into the power grid by two-stage voltage source inverters (VSI). As such inverters operate in a closed loop, the quality of the grid current is highly dependent on the dynamics of the control loops. Thus, it is necessary to focus on an approach to model the behavior of the grid current considering the closed-loop disturbances. The proposed approach allows the derivation of an equation to predict the behavior of the current injected into the grid and estimate its harmonic distortion, becoming an important tool for optimal design of grid-connected inverters. To validate the accuracy of the developed methodology, experimental results are presented in different operating scenarios.