Estudo comparativo de dois conversores Boost quadrático com comutação suave monochaveados para aplicação de rastreamento de máxima potência em sistemas fotovoltaicos

This paper makes a comparative study of two Soft Single Switched Quadratic Boost Converters (SSS1 and SSS2) focused on Maximum Power Point Tracking (MPPT) of a PV array using Perturb and Observe (P&O) algorithm. The proposed converters maintain the static gain characteristics and dynamics of the original converter with the advantage of considerably reducing the switching losses and Electromagnetic Interference (EMI). It is displayed the input voltage Quadratic Boost converter modeling; qualitative and quantitative analysis of soft switching converters, defining the operation principles, main waveforms, time intervals and the state variables in each operation steps, phase planes of resonant elements, static voltage gain expressions, analysis of voltage and current efforts in semiconductors and the operational curves at 200 W to 800 W. There are presented project of PI, PID and PID + Notch compensators for MPPT closed-loop system and resonant elements design. In order to analyze the operation of a complete photovoltaic system connected to the grid, it was chosen to simulate a three-phase inverter using the P-Q control theory of three-phase instantaneous power. Finally, the simulation results and experimental with the necessary comparative analysis of the proposed converters will be presented.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico

Tese (Doutorado)

Este trabalho faz um estudo comparativo de dois conversores Boost Quadrático monochaveados suavemente (Soft Single Switched – SSS1 e SSS2) com foco na aplicação de rastreamento de máxima potência (Maximum Power Point Tracking - MPPT) de um arranjo fotovoltaico utilizando a técnica P&O (Perturb and Observe). Os conversores propostos mantêm as características de ganho e dinâmica do conversor original, com a vantagem de reduzir consideravelmente as perdas por comutação e por irradiação de ruídos eletromagnéticos (EMI). É apresentada a modelagem do conversor Boost Quadrático para controle da tensão de entrada, a análise qualitativa e quantitativa dos conversores com comutação suave, contemplando os princípios de operação, principais formas de onda teóricas, expressões para cálculo dos intervalos de tempo e das variáveis de estado em cada etapa de operação, os planos de fase dos elementos ressonantes, o equacionamento do ganho estático de tensão, a análise dos esforços de tensão e corrente nos semicondutores e as curvas de operação do conversor na faixa de 200 W a 800 W. São apresentados roteiros de projeto para compensadores PI, PID e PID+Notch para o sistema MPPT em malha fechada e os roteiros de dimensionamento dos elementos ressonantes das células de auxílio à comutação. Com o intuito de analisar o funcionamento de um sistema fotovoltaico completo conectado à rede, escolheu-se simular um Inversor Trifásico utilizando a teoria P-Q de controle de potências instantâneas trifásicas. Por fim, serão apresentados os resultados de simulação e experimentais com as devidas análises comparativas entre os conversores propostos.