Recently, the development of integrated inverters for photovoltaic systems has been widely performed to reduce overall system size, costs, and losses. Thus, integrated inverters have emerged as a prominent solution for replacing two-stage power conversion composed of a step-up converter and a voltage source inverter. Thereby, this paper proposes an integrated inverter topology for single-phase grid-tied photovoltaic systems. The proposed power converter, called a Single-Phase Integrated Zeta Inverter (SP-IZI), can boost the input voltage and inject a sinusoidal and regulated current into the mains with low harmonic distortion. The SP-IZI is based on integrating modified DC-DC Zeta converters, designed and controlled to operate in a discontinuous conduction mode, and presents similarities with the Modified Zeta Inverter (MZI). In this way, this paper compares the main parameters of both topologies and provides a complete study of the SP-IZI, involving both quantitative and qualitative studies as well as a small signals analysis. The feasibility and functionality of the proposed SP-IZI inverter are presented and evaluated through experimental results, which demonstrate that the SP-IZI presents the following advantages compared to the MZI: (i) the voltage in coupling capacitors is 13% lower; (ii) voltage stresses in switches and diodes are 40% lower; and (iii) static gain is similar to the traditional Zeta converter.
Resumo -Este trabalho apresenta uma nova topologia integrada de inversor monofásico para aplicações autônomas em sistemas de geração de energia. A topologia proposta, nomeada como Inversor Integrado Zeta Monofásico (I2ZM), é projetada para fornecer uma tensão senoidal, regulada e com baixa distorção harmônica para cargas locais a partir de fontes de tensão CC, em um sistema de geração autônomo. O I2ZM é construído a partir da integração de conversores CC-CC Zeta, sendo este projetado para operar no modo de condução descontínua. Por ser uma estrutura de inversor integrado, o I2ZM apresenta vantagens como a de não precisar de um conversor de potência para realizar a elevação da tensão de entrada, ou da necessidade de possuir níveis elevados de tensão na entrada do inversor para realizar a conversão CC/CA. Neste sentido, é realizado um estudo completo do I2ZM, envolvendo análises quantitativa e qualitativa, bem como a análise de pequenos sinais. Por meio de resultados de simulação computacional e experimentais, a viabilidade e a funcionalidade do inversor I2ZM proposto são apresentadas e avaliadas.
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