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Title in Portuguese: Desenvolvimento e implementação de uma técnica de projeto e de controle de inversor conectado à rede elétrica com filtro LCL saturável
Author: Tibúrcio, Silas Allyson Souza
Advisor(s): Leão, Ruth Pastôra Saraiva
Co-advisor(s): Sgrò, Domenico
Keywords: Engenharia elétrica
Conversor conectado à rede
LCL filter
Nolinear Inductor
Feedforward controller
Grid connected converter
Issue Date: 27-Oct-2017
Citation: TIBÚRCIO, S. A. S. Desenvolvimento e implementação de uma técnica de projeto e de controle de inversor conectado à rede elétrica com filtro LCL saturável. 2017. 182 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017.
Abstract in Portuguese: Fontes renováveis controladas por conversores eletrônicos de potência fazem parte da matriz de energia elétrica em muitos países. A natureza não linear dos conversores eletrônicos exige o uso de filtro indutivo na interface com a rede elétrica para limitar a distorção da corrente injetada. Usualmente, o projeto do sistema de controle e o projeto do filtro são desvinculados um do outro, o que torna difícil a otimização de ambos os projetos. Este trabalho apresenta um novo procedimento de projeto para o filtro LCL que leva em consideração o sistema de controle da corrente em termos de robustez e performance dinâmica. O procedimento proposto também considera variações paramétricas que usualmente são negligenciadas nas metodologias usuais, tal como, a variação da permeabilidade magnética dos núcleos comerciais, em razão do fenômeno da saturação que reflete numa significativa variação das indutâncias, a depender dos valores instantâneos da corrente que flui no filtro. Em particular, com base na análise das equações do filtro LCL, desenvolveu-se uma metodologia de projeto que integra o dimensionamento das indutâncias do filtro com o projeto de um controlador feedforward. Desta forma, foi possível minimizar a complexidade do controlador feedforward com base no parâmetro mensurável do filtro e evitar o uso de um controlador complexo para o malha de controle da corrente. De fato, o uso de um simples controlador Proporcional Integral na malha de controle da corrente resulta num baixo erro de estado estacionário e permite o uso de técnicas padrões para o projeto dos parâmetros do controlador. Adicionalmente, um método para o amortecimento ativo da ressonância do filtro foi desenvolvido com base no conceito da resistência virtual. Resultados obtidos em simulação e em bancada experimental demonstraram a eficácia da performance do sistema de controle proposto e atendimento dos requisitos estabelecidos no dimensionamento do filtro LCL. A bancada de teste desenvolvida é composta por um inversor trifásico de 15 [kW], modelo IFS100V12PT4, placa DS1103 PPC/dSPACE e indutâncias nominais de 911 [μH], 597 [μH] e capacitores de 1.5 [μF] conectados em delta.
Abstract: Renewable energy sources controlled by electronic power converters are part of the electric power matrix in many countries. The nonlinear nature of electronic converters requires the use of filters at the interface with the electric power systems to mitigate the distortion of the injected current. Usually, the design of the control system and the design of the filter are disconnected one from the other, making difficult to optimize the two designs. This work proposes a new design procedure for an LCL filter topology that takes into account also the optimization of the current control algorithm in terms of both robustness and dynamic performances. The proposed approach considers also parameter variations that are usually neglected by the most common methodologies, such as, magnetic permeability variation of commercial cores due to saturation phenomena that causes significant variation of the inductances depending of the instantaneous value of the current that is flowing through the inductance. More specifically, based on the analysis of the LCL filter equations, a design methodology that integrates the design of the inductance of the filter with the design of a feed-forward controller was developed. In this way, it was possible to minimize the complexity of the feed-forward controller on the basis of measurable parameter of the filter, and to prevent the use of complex controller for the current control loop. In fact, the use of a simple Proportional Integral controller in the current control loop produces low steady state error and allows the use of standard techniques for the design of the controller parameters. Additionally, a method for the active damping of the filter was designed on the basis of the virtual resistance concept. Results of simulation and experimental tests demonstrated the effectiveness of the proposed control system and fulfillment of the requirements established in the LCL filter design. The test bench was comprised of a 15 [kW] three-phase inverter, a DS1103 PPC/dSPACE board and nominal inductances of 910 [μH], 597 [μH], and capacitors of 1.5 [μF] delta-connected.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/30043
metadata.dc.type: Dissertação
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