Repositório UNIFEI UNIFEI - Campus 1: Itajubá PPG - Programas de Pós Graduação Teses
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Tipo: Tese
Título: Conversor buck-boost bidirecional híbrido a capacitor chaveado ressonante para processamento diferencial de potência em sistemas fotovoltaicos
Autor(es): LUZ, Caio Meira Amaral da
Primeiro Orientador: RIBEIRO, Enio Roberto
metadata.dc.contributor.advisor-co1: TOFOLI, Fernando Lessa
Resumo: Na maioria das aplicações práticas, os módulos fotovoltaicos (FV) devem ser conectados em série para alcançar determinado nível tensão desejado para uma dada aplicação. Um problema que frequentemente acomete esse tipo de conexão é o descasamento entre os módulos. Este pode ser causado por vários fatores, que podem ser classificados como permanentes ou temporários. Para mitigar esse problema, os diodos de desvio são a técnica mais amplamente utilizada devido à sua fácil implementação. No entanto, essa técnica é adequada apenas para descasamentos temporários. Para descasamentos permanentes, técnicas mais sofisticadas de mitigação são necessárias. Nesse contexto, o conceito de processamento diferencial da potência (DPP) tem surgido como uma boa solução para lidar com esse tipo de problema. Isso é decorrente do seu baixo custo, facilidade de implementação e alto desempenho. Para isso, conversores CCCC, denominado conversores DPP, são conectados entre os módulos PV adjacentes. A forma como esses conversores DPP são conectados ao longo da série de PV origina quatro arquiteturas principais: FV-FV, FV-Bus, híbrida e em progressão. Dessa forma, o iv objetivo deste estudo é desenvolver e implementar uma nova topologia denominado BBB-ReSC. A mesma consiste em uma arquitetura híbrida que incorpora elementos tanto dos conversores buck-boost bidirecional quanto do conversor a capacitor chaveado. Notavelmente, a topologia proposta atenua problemas importantes que afetam tanto a arquiteturas PV-PV quanto a PV-Bus. Especificamente, há uma atenuação do problema do acúmulo de corrente desviada presente nas arquiteturas PV-PV e uma atenuação dos elevados esforções de tensão inerentes das arquiteturas PV-Bus. Outra questão importante é que a operação com comutação dissipativa nos semicondutores dos conversores SC pode levar a altas perdas de comutação e baixa eficiência. Por sua vez, a solução introduzida, consiste na substituição do conversor a capacitor chaveado pela sua versão ressonante. Assim, tem-se uma operação com comutação suave, mitigando essas perdas indesejadas. Para demonstrar a eficácia da topologia BBB-ReSC, foram realizados testes utilizando séries FV compostas por quatro, seis e oito módulos FV. Esses testes foram realizados por meio de simulações em ambiente MATLAB/Simulink®, bem como com o uso de um protótipo experimental. Os resultados experimentais mostraram uma recuperação energética de até 50% para as séries FV compostas por quatro módulos e de 33% para as séries FV compostas por seis módulos.
Abstract: In most practical applications, photovoltaic (PV) modules should be connected in series to reach a desired voltage level for a specific application. An important problem that frequently affects this type of connection is mismatch among the modules. It can be caused by several factors that can be classified into permanent or temporary. To mitigate this problem, bypass diodes are the most widely used technique owing to its simple implementation. However, this technique is only appropriate for temporary mismatch. In permanent mismatch, more sophisticated mitigation techniques are required. In this context, the concept of differential power processing (DPP) has emerged as a prominent solution for permanent mismatch owing to its low cost, simple implementation, and high performance. For this purpose, DC-DC converters, named DPP converter, are connected between the adjacent PV modules. The way these DPP converters are connected along the PV series originates four main architectures: PV-PV, PV-Bus, hybrid, and ladder. In this way, the aim of this study is to develop and implement a novel topology named BBBReSC. It consists of a hybrid architecture that incorporates elements from both BBB and SC converters. Notably, it tackles key challenges that impact the PV-to-PV and PV-tovi Bus architectures. Specifically, it addresses issues like the diverted current accumulation in the PV-to-PV architecture and high voltage stresses associated with the PV-to-Bus architecture. Another important issue is that the hard-switching operation of semiconductors in SC converters may lead to high switching losses and poor efficiency. In turn, the introduced solution referred to as ReSC converter provides operation under soft-switching conditions while mitigating such undesirable losses. To demonstrate the effectiveness of the BBB-ReSC topology, tests using PV strings composed of four, six, and, eight FV modules were conducted. These tests were performed through simulations in MATLAB/Simulink® environment, as well as with the use of an experimental prototype. The experimental results have shown an improvement in harvested energy of up to 50% for the PV string consisting of four modules and 33% for the PV string with six modules.
Palavras-chave: Sistemas fotovoltaicos
Conversor buck-boost
Descasamento entre os módulos
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELÉTRICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Itajubá
Sigla da Instituição: UNIFEI
metadata.dc.publisher.department: IESTI - Instituto de Engenharia de Sistemas e Tecnologia da Informação
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia Elétrica
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3904
Data do documento: 10-Ago-2023
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