Interface entre painéis solares fotovoltaicos e a rede elétrica através de filtro ativo de potência do tipo paralelo

Dissertação de mestrado em Engenharia Eletrónica e de ComputadoresO desenvolvimento de novos dispositivos semicondutores de potência permitiu a integração destes componentes nas mais diversas áreas, sendo utilizados tanto em processos sofisticados de automação nas indústrias, como também em equipamentos existentes na maior parte das habitações, como balastros eletrónicos, computadores, carregadores de telemóveis, etc. Estes equipamentos são denominados de cargas não lineares, cuja presença nos sistemas elétricos resulta em problemas na Qualidade da Energia Elétrica (QEE), como a crescente deterioração das formas de onda de corrente e tensão nos sistemas de potência. Os prejuízos económicos resultantes destes problemas associados aos sistemas elétricos são muito elevados e, por isso, a questão da QEE passou a ter um papel importante na produção, distribuição e utilização da energia elétrica. Uma recente solução para combater alguns problemas de QEE é a utilização de Filtros Ativos de Potência do tipo Paralelo. Estes permitem compensar dinamicamente a distorção harmónica, o fator de potência e os desequilíbrios de corrente. O Grupo de Eletrónica de Potência e Energia (GEPE) da Universidade do Minho tem dado ênfase ao estudo e desenvolvimento de novos equipamentos capazes de mitigarem os problemas de Qualidade de Energia. Deste modo, foi proposto a implementação de um Filtro Ativo de Potência do tipo Paralelo capaz de realizar a interface entre painéis solares fotovoltaicos e a rede elétrica. Este equipamento permite realizar o fornecimento da energia elétrica produzida pelos painéis solares fotovoltaicos à rede elétrica e, para além disso, permite a compensação dinâmica dos harmónicos de corrente e do fator de potência das cargas da instalação elétrica a montante do ponto de instalação do filtro. O Filtro Ativo de Potência do tipo Paralelo é composto por um andar inversor e por um sistema de controlo baseado na teoria p-q. De forma a ser possível efetuar a interface entre os painéis solares fotovoltaicos e o barramento de corrente contínua do Filtro Ativo Paralelo, foi desenvolvido um conversor CC-CC em ponte completa isolado de alta frequência do tipo Buck, capaz de extrair a potência máxima dos painéis fotovoltaicos, através de um algoritmo de controlo MPPT (Maximum Power Point Tracking). Todos os circuitos de potência e sistemas de controlo foram previamente validados com o software de simulações PSIM e, posteriormente, pela realização de ensaios de laboratório.The development of new power semiconductors allowed the integration of these components in a wide range of applications, being used in sophisticated automation processes in industries, as well as in equipment in most homes, such as electronic ballasts, computers, mobile phone chargers, etc. These devices are called non-linear loads, whose presence in the electrical systems results in Power Quality (PQ) problems, such as the increasing deterioration of current and voltage waveforms in power systems. The economic losses resulting from these problems associated with electrical systems are very high and, therefore, PQ issues have played a vital role in the production, distribution and use of electric energy. A recent solution to combat some PQ problems is the use of Shunt Active Power Filters. These allow to dynamically compensate for harmonic distortion, power factor and current imbalances. The Group of Energy and Power Electronics (GEPE) of the University of Minho has emphasized the study and development of new equipment able to mitigate PQ problems. In this way, it was proposed the implementation of an Active Power Filter of the Shunt type capable of performing the interface between photovoltaic solar panels and the electric power grid. This equipment allows to realize the supply of the electrical energy produced by the photovoltaic solar panels to the power grid and, in addition, allows the dynamic compensation of current harmonics and power factor of the loads of the electrical installation upstream of the point of installation of the filter. The Shunt Active Power Filter consists of an inverter stage and a control system based on the p-q theory. In order to be able to interface the photovoltaic solar panels with the DC bus of the Shunt Active Power Filter, it was developed a fully integrated high-frequency bridge-type DC-DC converter of the Buck type, capable of extracting the maximum power of the photovoltaic panels by means of a MPPT (Maximum Power Point Tracking) control algorithm. All power circuits and control systems were previously validated with the PSIM simulation software and, subsequently, by laboratory tests