Corrente de fuga em inversores monofásicos sem transformador para conexão de sistemas fotovoltaicos à rede de distribuição de energia elétrica: análise e proposta de filtro passivo integrado de modo comum e diferencial.

Abstract

A Deus por tudo.Aos meus pais, Aurino e Marilene, meus irmãos, Santiago e Valquiria, por todo o apoio, incentivo e compreensão ao longo dessa trajetória.Aos colegas da PUC-SP, Artur e Sidnei, pela troca de ideias e informações que foram essenciais para o meu ingresso no mestrado.Ao Professor Lourenço Matakas Junior pela oportunidade de realizar este trabalho, pelo apoio, pela orientação, correções e ensinamentos.Aos Professores Wilson Komatsu e Marcelo Gradella Villalva pela participação na banca de qualificação, pela revisão do texto, pelas correções e sugestões. Aos Professores do Laboratório de Eletrônica de Potência da Escola Politécnica da USP(LEP-EPUSP) por proporcionarem as condições para realização deste trabalho.A colega de mestrado Kelly pela ajuda no trabalho experimental e por sua colaboração nos trabalhos desenvolvidos em conjunto.Aos colegas do LEP-EPUSP Bruno, Naji e Fernando pelas contribuições diretas e indiretas para o desenvolvimento deste trabalho.A empresa PHB Eletrônica, os engenheiros Ildo Bet e Paulo Gaidzinski, por permitirem a flexibilização de horário que possibilitou minha participação nas atividades do mestrado.Além disso, agradeço pelo apoio e pela compreensão que tiveram da importância desse processo para minha formação profissional.Aos colegas da PHB Eletrônica pela troca de informações, experiências e aprendizado ao longo dos últimos 15 anos.Ao Rogério pela troca de informações sobre inversores e normas.Ao Yoshio pela ajuda, principalmente, com os componentes magnéticos.A Li Fan Ho pela amizade, incentivo e pensamento positivo.A todos que contribuíram direta ou indiretamente para a realização deste trabalho. "Os únicos bens intangíveis são os que acumulamos no cérebro e no coração; quando eles faltam, nenhum tesouro os substitui." José Ingenieros RESUMOEste trabalho apresenta um estudo sobre a corrente de fuga de modo comum em inversores monofásicos sem transformador utilizados para a conexão de sistemas fotovoltaicos (FV) à rede de distribuição de energia elétrica. O estudo se concentra em inversores do tipo fonte de tensão que empregam a topologia em ponte completa. A partir da adequada modelagem do sistema (rede, conversor e módulo fotovoltaico) identifica-se e quantifica-se a contribuição das tensões de modo comum e modo diferencial para a corrente de fuga. Conclui-se que a tensão de modo comum de alta frequência produzida pelo inversor, que depende da estratégia de modulação por largura de pulso (PWM -Pulse Width Modulation) empregada, fornece a maior contribuição para produção da corrente de fuga.Esse estudo mostra que os inversores sem transformador, com topologia em ponte completa e modulação que produz tensão de saída com três níveis, necessitam de medidas adicionais para a minimização da corrente fuga quando aplicados em sistemas fotovoltaicos conectados à rede. Algumas soluções propostas na literatura para a minimização da corrente de fuga baseadas em topologias modificadas e filtros de modo comum são listadas e discutidas. Neste trabalho é proposto um filtro integrado...

Metodologia de projeto integrada para filtro LCL (modo comum e diferencial) e controlador de corrente aplicada à inversores fotovoltaicos monofásicos sem transformador conectados à rede elétrica.

“…As principais motivações para a realização deste trabalho são a relevância do tema e a continuidade do trabalho, produzido pelo autor desta tese, apresentado na dissertação de mestrado intitulada "Corrente de fuga em inversores monofásicos sem transformador para conexão de sistemas fotovoltaicos à rede de distribuição de energia elétrica: análise e proposta de filtro passivo integrado de modo comum e diferencial" (FIGUEREDO, 2016).…”

“…Modulation) e frequência de chaveamento. Por outro lado, os filtros LCL também apresentam frequência de ressonância, que pode causar instabilidade do sistema de controle do inversor (WANG et al, 2003) (DONG et al, 2012), (FIGUEREDO et al, 2013), (WU et al, 2014), (GIACOMINI et al, 2015), (FIGUEREDO, 2016).…”

“…As características das tensões de modo comum e de modo diferencial produzidas pelo inversor em ponte completa dependem da estratégia de modulação por largura de pulso empregada. Uma análise mais detalhada do inversor em ponte completa, suas estratégias de modulação e o impacto na corrente de fuga é apresentada em (FIGUEREDO, 2016). Nas próximas seções deste trabalho, as principais estratégias de modulação empregadas nos inversores em ponte completa serão brevemente discutidas.…”

“…A seguir serão apresentadas algumas formas de onda obtidas por meio da simulação da topologia em ponte completa operando com as estratégias de modulação PWM bipolar, PWM unipolar contínua e PWM unipolar descontínua (FIGUEREDO, 2016). Além das formas de onda, comentários sobre as principais características, vantagens e desvantagens de cada estratégia de modulação também serão apresentados.…”

“…No Apêndice K, é apresentada uma análise sobre a ondulação de corrente nos indutores do lado do inversor 𝐿 1𝐴 e 𝐿 1𝐵 . Além disso, uma análise sobre o impacto da corrente de modo comum no dimensionamento dos indutores do lado do inversor ( 𝐿 1𝐴 e 𝐿 1𝐵 ), considerando a modulação PWM-UC, também pode ser encontrada na seção 7.7 da dissertação de mestrado(FIGUEREDO, 2016), produzida pelo autor desta tese.A frequência de chaveamento, que é igual a frequência da portadora triangular do modulador PWM, utilizada no projeto que emprega a modulação PWM-UC é 𝑓 𝑠𝑤 = 20 kHz e no projeto que emprega a modulação PWM-UD é 𝑓 𝑠𝑤 = 40 kHz. A frequência de amostragem do sistema de controle é a mesma para os dois casos, 𝑓 𝑠 = 40 kHz.menor do que 5% do valor da capacitância de base do inversor (𝐶 𝑏 ), definida pela equação (4.1)(LISERRE;,(BOLSI et al, 2022).…”