Use este identificador para citar ou linkar para este item:
http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/79463
Tipo: | Dissertação |
Título: | Inversor fotovoltaico operando nos modos ilhado e conectado à rede com armazenamento de energia |
Autor(es): | Medeiros, Lucas Taylan Ponte |
Orientador: | Moreira, Adson Bezerra |
Palavras-chave em português: | Geração Fotovoltaica;MPPT;BESS;FAP |
Palavras-chave em inglês: | Photovoltaic Generation;MPPT;BESS;FAP |
CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS |
Data do documento: | 2023 |
Citação: | MEDEIROS, Lucas Taylan Ponte. Inversor fotovoltaico operando nos modos ilhado e conectado à rede com armazenamento de energia. 2023. 80 f. Dissertação (mestrado) – Universidade Federal do Ceará, Campus de Sobral, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e de Computação, Sobral, 2023 |
Resumo: | O avanço da inserção de fontes de energia renováveis, como a solar, está aumentando rapidamente no Brasil e no mundo. Estas fontes renováveis são uma alternativa para a redução das emissões de gases de efeito estufa, pois são fontes de energia limpa. Com o aumento da demanda por energia limpa, a integração com o armazenamento de energia contribui significativamente para aprimorar a estabilidade e a eficiência do sistema elétrico, promovendo uma gestão mais eficaz dos recursos energéticos disponíveis. Neste trabalho, foi proposta uma estratégia de gerenciamento de potência e controle de tensão do barramento CC baseada em geração fotovoltaica com sistema de armazenamento de energia Battery Energy Storage System (BESS), operando nos modos conectados à rede elétrica trifásica e ilhado. Além disso, possui uma estratégia de filtro ativo de potência para mitigação de harmônica de corrente na rede elétrica. O modelo dinâmico dos módulos fotovoltaicos linearizados é implementado juntamente com o algoritmo de MPPT Perturb and Observe (P&O) numa topologia de duplo estágio em que o conversor Boost realiza a conexão com barramento CC. Um conversor bidirecional Buck-Boost foi usado para controlar o processo de carga e descarga do BESS através do controle de estado de carga State of Charge (SOC) por histerese. Além disso, o conversor CC-CA que utiliza a estratégia de seguidor de rede com o algoritmo PLL para rastrear a frequência da rede, foi usado para controlar as potências ativa e reativa no Ponto de Acoplamento Comum (PAC), atuar como FAP, mitigando os harmônicos de corrente da rede, e regular a tensão do barramento CC. Os resultados alcançados pelo sistema proposto são fundamentados no comportamento da geração de energia fotovoltaica, a qual fornece potência ativa enquanto a tensão do barramento CC permanece regulada no modo ilhado. Na avaliação de desempenho do FAP que apresentou uma redução no TDH da corrente da rede de 17,86% para 3,83%, ficando abaixo dos 5% sugerido pela norma IEEE 519:2014. O conversor bidirecional com BESS atuou no modo conectado através da troca de potência quando os níveis de irradiância são reduzidos e no modo ilhado realizando o controle de tensão do barramento CC em 800V com variações menores que 10%, entregando potência as cargas CA resistivas e não-lineares. Cabe ressaltar que o fator de potência permaneceu unitário durante todos os modos de operação. O sistema proposto é uma alternativa viável para garantir o balanço energético e uma fonte de alimentação mais confiável, devido às oscilações da geração fotovoltaica causada pela intermitência da irradiância e nas desconexões da rede elétrica. |
Abstract: | The advancement of renewable energy sources, such as solar power, is rapidly increasing in Brazil and worldwide. These renewable sources are an alternative for reducing greenhouse gás emissions as they represent clean energy options. With the growing demand for clean energy, the integration of energy storage significantly contributes to enhancing the stability and efficiency of the electrical system, promoting more effective management of available energy resources. This study proposes a power management strategy and DC bus voltage control based on photovoltaic generation with a Battery Energy Storage System (BESS), operating in both grid-connected and islanded modes. Additionally, the system includes an active power filter (APF) strategy for mitigating current harmonics in the electrical grid. The dynamic model of linearized photovoltaic modules is implemented alongside the Perturb and Observe (P&O) Maximum Power Point Tracking (MPPT) algorithm in a dual-stage topology, where the Boost converter connects the modules to the DC bus. A bidirectional Buck-Boost converter is used to manage the BESS charge and discharge processes via hysteresis-based State of Charge (SOC) control. Furthermore, a DC-AC converter employing a grid-following strategy with a Phase-Locked Loop (PLL) algorithm tracks the grid frequency, controls active and reactive power at the Point of Common Coupling (PCC), operates as an APF mitigating grid current harmonics, and regulates the DC bus voltage. The proposed system achieved significant results, such as maintaining the DC bus voltage regulated in islanded mode while the photovoltaic generation provides active power. The APF performance evaluation showed a reduction in Total Harmonic Distortion (THD) of grid current from 17.86% to 3.83%, meeting the IEEE 519:2014 standard recommendation of less than 5%. The bidirectional converter with BESS operated in grid-connected mode by exchanging power during reduced irradiance levels and in islanded mode by regulating the DC bus voltage at 800V with variations smaller than 10%, supplying power to resistive and non-linear AC loads. It is noteworthy that the power factor remained unity during all operation modes. The proposed system is a viable alternative to ensure energy balance and a more reliable power supply, addressing the intermittency of photovoltaic generation caused by irradiance fluctuations and grid disconnections. |
URI: | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/79463 |
ORCID do(s) Autor(es): | https://orcid.org/0009-0000-1833-4189 |
Currículo Lattes do(s) Autor(es): | http://lattes.cnpq.br/0243246687397887 |
ORCID do Orientador: | https://orcid.org/0000-0002-1126-6192 |
Currículo Lattes do Orientador: | http://lattes.cnpq.br/1139950938150729 |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
Aparece nas coleções: | PPGEEC - SOBRAL - Dissertações defendidas na UFC |
Arquivos associados a este item:
Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
---|---|---|---|---|
2023_dis_ltpmedeiros.pdf | 4,28 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
Os itens no repositório estão protegidos por copyright, com todos os direitos reservados, salvo quando é indicado o contrário.