REDE ELÉTRICA
8 CONSIDERAÇÕES FINAIS
O estudo apresentado nesta dissertação analisou o mecanismo de produção da corrente de fuga em inversores sem transformador utilizados em SFCR. Foram considerados inversores do tipo fonte de tensão monofásicos com topologia em ponte completa. Nessa análise identificou-se que, a tensão de modo comum total variante no tempo é a fonte responsável pela corrente de fuga que circula pela capacitância parasita dos módulos FV e sua estrutura metálica aterrada.
Foram identificadas quatro componentes que podem contribuir para a tensão de modo comum total, duas delas produzidas pela tensão da rede elétrica e duas produzidas pelo inversor.
Demonstrou-se que a corrente de fuga produzida pela tensão da rede elétrica pode representar um limitante, em relação à potência máxima do gerador FV, quando se emprega RCD de alta sensibilidade (30 mA RMS) para proteção contra corrente residual excessiva. Por outro lado, quando se emprega RCMU para detecção de corrente residual excessiva, considerando-se os limites estabelecidos pelas normas VDE 0-126-1-1 e IEC 62109-2 (300 mA RMS) e a faixa de potência típica dos inversores monofásicos para SFCR. Mostrou-se que, nesse caso, a corrente de fuga causada pela contribuição da tensão da rede elétrica não representa uma limitação significativa.
Demonstrou-se que, para a topologia em ponte completa empregando as estratégias de modulação que produzem tensão de modo diferencial com três níveis, a tensão de modo comum produzida pelo inversor fornece a maior contribuição para corrente de fuga. Isso ocorre porque essa tensão de modo comum apresenta forma de onda modulada em largura de pulso e frequência elevada (tipicamente algumas dezenas de kHz).
Entre as estratégias de modulação discutidas neste trabalho, a modulação PWM bipolar, que produz tensão de modo diferencial com dois níveis, é a única que apresenta tensão de modo comum produzida pelo inversor, idealmente constante. No entanto, essa estratégia não é uma opção tipicamente utilizada em inversores comerciais, porque ela exige filtro de harmônicos para a componente de modo diferencial da corrente de saída mais volumoso e com maior custo. Além disso, o emprego dessa estratégia de modulação também resulta em menor rendimento do conversor.
Foram discutidas as principais estratégias propostas na literatura para minimização da corrente de fuga em inversores monofásicos sem transformador para SFCR, utilizando a topologia em ponte completa ou estruturas derivadas. Essas estratégias incluem os filtros de
modo comum, que podem ser ativos ou passivos, e as topologias modificadas por meio da inclusão de chaves semicondutoras adicionais desenvolvidas a partir da topologia em ponte completa convencional, que utiliza quatro chaves.
Este trabalho propôs um filtro integrado de modo comum e diferencial, com amortecimento passivo, para a minimização da corrente de fuga em inversores sem transformador para SFCR.
Foi apresentado um exemplo de aplicação, que tratou do conversor CC/CA de um microinversor sem transformador com potência de 300 W para SFCR, empregando o filtro proposto. Nesse exemplo de aplicação foi utilizado um inversor do tipo fonte de tensão com topologia em ponte completa convencional (quatro chaves) e modulação unipolar contínua. Foi aplicado o procedimento de projeto proposto para o dimensionamento dos componentes do filtro e do circuito de amortecimento passivo.
Resultados de simulação e experimentais mostram que o filtro proposto mantém a corrente de fuga em conformidade com as normas VDE 0-126-1-1:2006 e IEC 62109-2:2011. Esses resultados também confirmam que o circuito de amortecimento passivo utilizado produz o amortecimento apropriado das ressonâncias do filtro com baixas perdas (0,244% da potência injetada na rede).
A distorção harmônica total da corrente, considerando até o primeiro grupo de harmônicos de modo diferencial (40,26 kHz), foi mantida abaixo de 4,4% utilizando o filtro proposto.
A análise do desempenho do filtro proposto, considerando a variação da indutância da rede elétrica e da capacitância parasita, também mostrou a efetividade do filtro operando com uma grande variação dos parâmetros mencionados.
A análise do comportamento da malha de controle de corrente mostrou que o sistema de controle se mantém estável mesmo com uma grande variação da indutância da rede elétrica.
A análise das principais correntes que circulam pelo filtro proposto mostrou que a corrente de modo comum tem um impacto pequeno no dimensionamento dos indutores do lado do conversor.
As sugestões para o desenvolvimento de trabalhos futuros são:
Estudo da aplicação de estratégias de amortecimento ativo e híbrido para os circuitos de modo comum e diferencial do filtro proposto;
Estudo da aplicação de controladores PI no sistema de referência síncrono dq e controladores PR na malha de controle de corrente.
Estudo da aplicação de múltiplos controladores PR para melhoria do THD e minimização dos harmônicos de baixa ordem na corrente injetada na rede elétrica.
Estudo da aplicabilidade do filtro proposto em inversores sem transformador de
maior potência (na faixa de alguns kW).
Desenvolvimento de um procedimento de projeto considerando inversores de maior potência (na faixa de alguns kW) empregando amortecimento ativo, passivo e híbrido das ressonâncias do filtro integrado de modo comum e modo diferencial.
REFERÊNCIAS
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Brasileira. Grupo Setorial de Sistemas Fotovoltaicos da ABINEE. 2012
ABNT. NBR 5410 - Instalações elétricas de baixa tensão: ABNT 2004.
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