Estudo da modelagem dinâmica de pequenos sinais do conversor ZETA no MCD alimentado a partir de painéis fotovoltaicos para conexão à rede elétrica

Abstract

Este trabalho apresenta o estudo e o desenvolvimento da modelagem dinâmica de pequenos do conversor ZETA operando no modo de condução descontínuo, alimentado a partir de painéis solares fotovoltaicos, para conexão à rede elétrica. Inicialmente, é apresentado um estudo das principais características das células solares. Uma análise profunda sobre o conversor ZETA operando em regime permanente é realizada, considerando que o mesmo sintetiza uma onda senoidal retificada de baixa freqüência. O conversor é analisado tanto na freqüência de comutação como na freqüência da rede elétrica. Esta característica transforma este conversor em uma peça fundamental na implementação do inversor módulo integrado para sistemas fotovoltaicos. Um exame detalhado do comportamento dinâmico do conversor é realizado através da abordagem do modelo médio no espaço de estados, resultando em um modelo linear analítico descrito em variáveis de estado. Em todas as análises se assume a rede elétrica comercial como uma carga com comportamento resistivo (variável). Por fim, o modelo dinâmico analítico obtido é validado através de simulações computacionais e através de ensaios laboratoriais em um protótipo especialmente elaborado para este fim.

This work presents the study and development of the small-signal dynamic modeling of the ZETA converter operating in discontinuous conduction mode, powered from photovoltaic solar panels in order to connect them to the power grid. Initially, it is presented a study of the main characteristics of solar cells. A deep analysis of the ZETA converter working in steady state is performed, considering that the Zeta converter synthesizes a rectified sine wave current with the same frequency as the power grid. This feature makes this converter a key part in implementing the module integrated inverter for photovoltaic systems. The converter is analyzed in the switching frequency and in the power grid frequency. A detailed examination of the dynamic behavior of the Zeta converter is achieved by the state-space averaging modeling approach, resulting in a linear analytical model described in state variables. In all tests it was assumed that the commercial power grid presents a resistive load behavior (variable value). Finally, the analytical dynamic model obtained is validated through computer simulations and by laboratory tests on a prototype specially designed for this purpose.