Modeling and control of an isolated SEPIC converter with a voltage multiplier cell for photovoltaic microinverters application

Autor: Romitti, Leonardo
Přispěvatelé: Schuch, Luciano, Andrade, António Manuel Santos Spencer, Roggia, Leandro, Guisso, Ronaldo Antonio
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UFSM
Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)
instacron:UFSM
Popis: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul - FAPERGS With the increase in the installation of photovoltaic systems connected to the grid, several types of research have been carried out to develop and improve the electronic circuits used in the processing of energy supplied by these systems. Among the different configurations, microinverters have received a lot of attention due to their many advantages. In these systems, a control strategy composed of a proportional-integral (PI) controller and a Maximum Power Point Tracking Method (MPPT) is commonly used. Thus, this work has as main objectives to develop the dynamic modeling, the control, and the implementation of a DC-DC converter with high voltage gain to be applied as the first stage of a photovoltaic microinverter. To achieve a high voltage gain, which is necessary for this kind of system, but with low values of duty cycle and transformer turns ratio, a Greinacher voltage multiplier cell is applied at transformer secondary side. Thus, to obtain the dynamic model of the converter the state-space averaging technique is applied, considering an equivalent circuit with the parameters of the secondary side reflected for the primary side of the transformer. In addition, for this case, the Perturb and Observe method (P&O) is adopted. To validate the DC analysis, the dynamic model, and also the design of the control system, experimental results are presented considering open-loop and closed-loop analysis for a 310 W prototype. Finally, the efficiency curve considering different irradiance levels is presented, so that the weighted average European and Californian efficiencies are estimated, which presented values, respectively, of 96.54 % and 96.99 %, which can be considered high values for a converter that uses only one switch. Com o aumento na instalação de sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica, diversas pesquisas vêm sendo realizadas com o objetivo de desenvolver e aprimorar os circuitos eletrônicos empregados no processamento da energia fornecida por estes sistemas. Entre as diferentes configurações, os microinversores têm recebido bastante atenção devido às suas diversas vantagens. Nestes sistemas, comumente é utilizada uma estratégia de controle composta por um compensador do tipo proporcional-integral (PI) e por um Método de Rastreamento do Ponto de Máxima Potência (MPPT). Deste modo, este trabalho tem como principais objetivos realizar a modelagem dinâmica, o controle e a implementação de um conversor CC-CC de elevado ganho estático para a utilização como primeiro estágio de conversão de energia de um microinversor. A fim de obter o elevado ganho estático necessário para esta aplicação, mas com baixos valores de razão cíclica e relação de transformação, é utilizado um conversor SEPIC isolado com uma célula dobradora de tensão do tipo Greinacher aplicada ao estágio secundário do transformador. Deste modo, para a obtenção do modelo dinâmico do conversor é empregada a técnica do modelo médio por espaço de estados, considerando um circuito equivalente com os parâmetros do secundário refletidos para o primário do transformador. Além disso, para o rastreamento do ponto de máxima potência do módulo é utilizado o método de Perturbação e Observação (P&O). Com o objetivo de validar a análise CC, a modelagem dinâmica e também o projeto do sistema de controle, são apresentados resultados experimentais em malha aberta e em malha fechada referentes à um protótipo de 310 W do conversor investigado. Por fim, foi determinada a curva de rendimento versus irradiância para o sistema em malha fechada, a partir da qual foram estimadas as eficiências médias ponderadas europeia e californiana que apresentaram valores, respectivamente, de 96,54 % e 96,99 %, que podem ser considerados elevados para um conversor que utiliza apenas uma chave.
Databáze: OpenAIRE
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