PROPOSTA DE CONTINUIDADE - CONCLUSÕES E PROPOSTAS DE CONTINUIDADE

7. CONCLUSÕES E PROPOSTAS DE CONTINUIDADE

7.2. PROPOSTA DE CONTINUIDADE

São propostas de continuidade deste trabalho:

• Instalar um transformador de isolação entre a rede elétrica e a entrada do retificador. Esse recurso visa evitar um possível problemas na comutação dos semicondutores do retificador de entrada e inversor do sistema, os quais estão ambos conectados à mesma rede elétrica;

• Acoplar o inversor de tensão ao conversor Boost e à rede elétrica de saída. Desse modo o sistema FV pode funcionar de forma completa, possibilitando a realização dos demais ensaios experimentais;

REFERÊNCIAS

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APÊNDICE A – SIMULAÇÃO DO RETIFICADOR

A função do retificador e controle é a de oferecer uma tensão Vdc1, contínua e regulada, em seu barramento de saída dc1 e controlar a corrente ig de entrada, drenada da rede elétrica, esta simulação visa apresentar resultados que confirmam a execução de tais funções. A Figura A.1 apresenta o circuito utilizado na simulação do retificador, com rede elétrica monofásica, indutor de acoplamento, retificador controlado, capacitor do barramento dc1, resistência equivalente de carga e controlador.

Figura A.1 - Esquema utilizado para análise de funcionamento do retificador.

i

dc1

k

pva

v

dc1

k

iva

/

s

v

dc1 Controlador PI de Tensão AF-αβ-pPLL

v

g cos(θpll) * * Controlador PI-R de Corrente *

_d

K

PWMa Ganho do PWM PS1a PS2a PS3a PS4a

PI-R

Fonte: Autor.

A Tabela A.1 apresenta os parâmetros de projeto adotados na simulação do retificador.

Tabela A.1 – Parâmetros de projeto adotados na simulação do retificador.

Tensão nominal da rede elétrica (eficaz) / (pico) Vg = 127 V / 180V

Frequência nominal da rede elétrica fg = 60 Hz

Filtro indutivo Lg = 1,5 mH

Resistência do filtro indutivo RLg = 0,2 Ω

Frequência de Chaveamento do retificador (PWM) fca = 20 kHz

Frequência de Amostragem do conversor A/D fa = 60 kHz

Ganho do PWM KPWMa = 2/3750

Tabela A.1 (continuação) – Parâmetros de projeto adotados na simulação do retificador.

Frequência de cruzamento (PI-R de corrente) ωcia = 12.566,37 rad/s

Margem de fase (PI-R de corrente) PMia = 60°

Ganhos do controlador de corrente PI-R Kpia = 133,9952 Kiia = 1,0037.10⁵

Ganhos do termo ressonante (discretizados) Nia(1-1) = 3,0945.10⁵ Nia(1-3) = -3,0945.10⁵ Dia(1-2) = -2

Frequência de cruzamento (PI do barramento dc1) ωcva = 50,2655 rad/s Margem de fase (PI do barramento dc1) PMva = 85°

Ganhos do controlador do barramento dc1 Kpva = 0,3895 Kiva = 1,7121

Frequência de cruzamento (PI do PLL) ωcplla = 430,874 rad/s

Margem de fase (PI do PLL) PMplla = 80°

Ganhos do controlador PI do PLL Kpplla = 424,3

Kiplla= 32234

Passo do filtro adaptativo (AF-αβ-pPLL) μ = 0,007

Frequência de amostragem (AF-αβ-pPLL) T = 16,66 μs

Ganho do filtro adaptivo (AF-αβ-pPLL) Kca = 420

Capacitor do barramento dc1 C dc1 = 2240 μF

Tensão média do barramento dc1 Vdc1 = 250 V

Resistência nominal de carga usada no ensaio Rdc1 = 30, 60, 120 e 240Ω

Tensão desejada no barramento dc1 (referência) Vdc1* = 250 V

Fonte: Autor.

No primeiro ensaio, para a análise do controle de tensão no barramento CC, o comportamento da tensão Vdc1 do barramento de saída dc1 do retificador controlado foi avaliado mediante variação do valor da resistência equivalente de carga. A Figura A.2 apresenta o gráfico da tensão de saída Vdc1, sendo 250 V o valor desejado, corrente idc1 e potência Pdc1, na carga.

Figura A.2 - Resultados de simulação: Gráfico do comportamento da tensão, corrente e potência no barramento dc1, mediante variação de carga (50V/div, 1A/div, 500W/div, 1s/div).

240Ω 120Ω 60Ω 30Ω Fonte: Autor. Vdc1 250V 250V 250V 250V

Figura A.2 (Continuação) - Resultados de simulação: Gráfico do comportamento da tensão, corrente e potência no barramento dc1, mediante variação de carga (50V/div, 1A/div

240Ω 120Ω 60Ω 30Ω

Fonte: Autor.

Os valores de carga submetidos no teste de controle da malha de tensão e os resultados numéricos obtidos estão apresentados na Tabela A.2.

Tabela A.2 – Resultados de simulação: Obtidos para a tensão do barramento dc1, mediante variação de carga.

Resistência de carga Rdc1

Corrente na carga Potência de saída Ripple de tensão (Ω) (A) (VA) % 240 1,04 260 0,56 120 2,09 520 1,00 60 4,16 1040 1,92 30 8,33 2080 3,80 Fonte: Autor.

O dimensionamento da malha de controle de tensão se mostrou adequado, convergindo o erro a zero na busca da tensão de referência em 250V. Os resultados observados na figura A.2 estão numericamente apresentados na tabela A.2 e mostram que à medida que a resistência equivalente de carga reduz à metade a cada passo, a corrente e a potência dobram de valor, mantendo o valor médio de tensão em 250V quando em regime permanente. Comportamento semelhante ocorre com o ripple tensão, que aumenta proporcionalmente, praticamente dobrando seu valor a cada passo.

No segundo ensaio, para a análise do controle da corrente drenada da rede elétrica, efetuou-se a medição da amplitude da corrente e taxa de distorção harmônica, assim como se obteve o fator de potência, mediante a mesma variação de carga aplicada na análise do controle de tensão, como mostra a Figura A.3.

Pdc1 2080W 1040W 520W 260W idc1 8,33A 4,16A 2,09A 1,04A

Figura A.3 - Resultados de simulação: Gráfico do comportamento da corrente ig, mediante variação de carga (10A/div, 1s/div).

240Ω 120Ω 60Ω 30Ω

Fonte: Autor.

Os valores de carga submetidos no teste de controle de corrente e os resultados numéricos obtidos estão apresentados na Tabela A.3.

Tabela A.3 – Resultados de simulação: Obtidos para a corrente drenada ig, mediante variação de carga.

Resistência de carga Rdc1 Corrente ig rms / pico TDH Fator de Potência FP (Ω) (A) (%) (absoluto) 240 2,11 / 2,98 6,45 0,9705 120 4,17 / 5,90 4,34 0,9903 60 8,37 / 11,84 3,56 0,9961 30 17,05 / 24,12 3,36 0,9979 Fonte: Autor

A amplitude estabiliza em regime permanente, convergindo o erro a zero na busca da referência, em todos os casos. A taxa de distorção harmônica tem valor menor, quanto maior é a corrente.

A Figura A.4 exemplifica de forma ampliada, para carga resistiva de 30Ω, a forma de onda da corrente ig drenada da rede elétrica pelo retificador, juntamente com a forma de onda da tensão vg da rede monofásica.

2,98A 5,90A 11,84A

Figura A.4 – Resultados de simulação: Formas de onda de tensão e corrente de entrada do retificador (60V/div, 20A/div, 0,005s/div).

Fonte: Autor.

A corrente ig drenada pelo retificador está em fase com a tensão vg, uma vez que está consumindo energia. A corrente ig drenada pelo retificador está em fase com a tensão vg, uma vez que está consumindo energia. Pode-se confirmar a atuação do método de sincronismo PLL, constatando a igualdade do ângulo de fase entre as formas de onda da tensão vg e corrente ig, ambas cruzando com o eixo do tempo em zero grau, no mesmo instante.

A imagem ampliada da corrente ig, apresentada na figura A.4 permite observar a distorção provocada pela ação do controlador de tensão, que está provavelmente muito rápido. A escolha por deixar o controlador de tensão mais rápido foi com a intenção de reduzir o tempo de simulação. A taxa de distorção harmônica e fator de potência da corrente is para todos os níveis de irradiância proposto no ensaio se encontram na Tabela A.3 e atendem as especificações das principais normas vigentes para atividades relacionadas a sistemas FV conectados à rede elétrica (ABNT, 2013; IEEE, 2003).

24,12A

180V _v_g

APÊNDICE B – SIMULAÇÃO DO EMULADOR FOTOVOLTAICO (BUCK)

Conforme já mencionado, o conversor Buck é responsável por sintetizar a curva I-V equivalente ao arranjo FV composto por módulos SW245 da fabricante comercial Solar World. Os parâmetros do SW245 em condições de teste padrão (STC) utilizados nas simulações são apresentados na Tabela B.1.

Tabela B.1 – Parâmetros do módulo FV SW245 em STC utilizados nas simulações.

Potência no ponto de máxima potência Pmpp = 245W

Tensão no ponto de máxima potência Vmpp = 30,8 V

Corrente no ponto de máxima potência Impp = 7,96 A

Tensão de circuito aberto Voc = 37,5 V

Corrente de curto circuito Isc = 8,49 A

Carga do elétron 𝑞 = 1,6. 10−19_C

Constante de Boltzmann 𝑘 = 1,38. 10−23_J/K

Coeficiente de temperatura 𝛼 = 6 mA/°C

Energia de Banda Eg = 1,1 eV

Número de células Ns = 60

Resistência Série Rs = 3,05 mΩ

Resistência Paralela Rp = 18 Ω

Fator de idealidade d junção p-n 𝜂 = 1,2

Fonte: [SAMPAIO, 2017]

Esta simulação tem como objetivo comprovar o funcionamento do emulador FV, sintetizando a curva de resposta I-V do arranjo FV proposto, mediante variação de carga, assim como apresentar o comportamento da tensão corrente e potência que o emulador fornece em sua saída, mediante variação da irradiância solar Psun. A Figura B.1 apresenta o circuito utilizado na simulação do emulador FV. Dependendo do ensaio, a tensão Vdc1 do barramento de entrada do emulador é fornecida por uma fonte CC fixa de 180V ou pelo retificador da etapa anterior, quando neste caso se deseja mostrar os efeitos causados pelo ripple de tensão no barramento dc1 e pelo acoplamento entre os dois estágios. O circuito conta ainda com um capacitor Cdc2 no barramento dc2, resistência equivalente de carga e controlador.

Figura B.1 - Esquema utilizado para análise de funcionamento do emulador FV. Modelo do Arranjo PV

I

v

dc2

P

sun

T

K

PWMb Ganho do PWM

k

pib

k

iib

/

s

Controlador PI de Corrente

d

b PV-Array PSBuck

I

Fonte: Autor.

Os parâmetros de projeto adotados na simulação do emulador FV estão declarados na Tabela B.2.

Tabela B.2 – Parâmetros de projeto adotados na simulação do emulador FV (Buck).

Número de painéis do arranjo considerado MT = 8 (sendo 4//4)

Tensão do arranjo no ponto de máxima potência Vmpp = 123,2 V

Corrente do arranjo no ponto de máxima potência Impp = 15,92 A

Tensão de circuito aberto do arranjo Voc = 150 V

Corrente de curto circuito do arranjo Isc = 16,98 A

Potência máxima nominal do emulador FV Piv = 1961,35 Wp

Tensão média de entrada no barramento dc1 Vdc1 = 250 V

Indutância do indutor Buck LBuck = 1,5 mH

Resistência do indutor Buck RLBuck = 0,2 Ω

Capacitor do barramento dc2 Cdc2 = 560 uF

Frequência de Chaveamento do Buck (PWM) fcb = 20 kHz

Frequência de Amostragem do conversor A/D fa = 60 kHz

Ganho do PWM KPWMb = 1/7500

Frequência de cruzamento (PI de corrente) ωcib = 6283,2 rad/s

Margem de fase (PI de corrente) MFdib =70°

Ganhos do controlador de corrente PI Kpib = 255,4290 Kiib = 6,2835.10⁵

Resistência de carga usada no ensaio (A mesma utilizada na prática) Rdc2 = 7,7 a 735 Ω

(vide Tabela 5.6)

Fonte: Autor.

No primeiro ensaio, o emulador é avaliado mantendo constantes os parâmetros de temperatura ambiente T em 25°C e irradiância solar Psun em 1000W/m² e variando a resistência equivalente de carga, a fim de obter valores de corrente e tensão proporcionais à cada valor de carga. A avaliação se faz pela comparação entre a curva I-V de referência equivalente ao arranjo

escolhido e o posicionamento dos pontos I-V produzidos pelo emulador FV para cada valor de

No documento Bancada para ensaios de sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica monofásica empregando emulador eletrônico fotovoltaico (páginas 117-155)