Study and implementation of islanding detection strategies in inverters for photovoltaic systems of distributed generation

Orientador: Marcelo Gradella VillalvaDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: A conexão de inversores para sistemas fotovoltaicos de geração distribuída à rede de distribuição cria situações de risco às cargas que estão conectadas ao ponto de acoplamento comum (PAC) e aos funcionários da concessionária que fazem a manutenção da rede elétrica. Uma situação de risco que deve ser evitada consiste no fornecimento de energia elétrica, por um ou mais inversores, à rede de distribuição após a desconexão da rede elétrica principal. O isolamento de sistemas de geração distribuída que continuam com a alimentação da potência requerida pela carga no PAC é conhecido na literatura como ilhamento. O ilhamento não intencional pode ser evitado utilizando técnicas de detecção de ilhamento. Neste trabalho, são apresentados um estudo detalhado das principais técnicas de anti-ilhamento encontradas na literatura e os principais inversores para sistemas fotovoltaicos. Para validar o funcionamento de estratégias de detecção de ilhamento em uma rede de distribuição de energia elétrica, dois inversores monofásicos de dois estágios conectados à rede elétrica foram simulados e construídos e os métodos de anti-ilhamento Active frequency drift e Active frequency drift with positive feedback foram implementados e testados. Três casos de estudos são analisados. O primeiro leva em conta o ilhamento de apenas um inversor. O segundo caso quando se inclui outro inversor ao PAC. Por fim, é inserido comunicação serial entre os dois inversores para melhorar a resposta da detecção de ilhamento. Os resultados de simulação e suas comprovações experimentais são apresentadas ao finalAbstract: The connection of inverters for distributed generation photovoltaic systems to the distribution network creates situations of risk to the loads that are connected to the point of common coupling (PCC) and personals who maintain the power grid. A risk that should be avoided is the supply of electricity, by one or more inverters, to the distribution network after disconnecting the main power grid. The isolation of distributed generation systems that continue to supply the power required by the load at the PCC is known in the literature as islanding. The unintentional islanding can be avoided by using islanding detection techniques. In this work, we present a detailed study of the main anti-islanding techniques found in the literature and the main inverters for photovoltaic systems. To validate the operation of islanding detection strategies in an electrical power distribution network, two single phase two-stage photovoltaic systems connected to the grid were simulated and built and the anti-islanding methods Active frequency drift and Active frequency drift with positive feedback have been implemented and tested. Three case studies are analyzed. The first takes into account the islanding of only one inverter. The second case when it includes another inverter to the PAC. Finally, serial communication is incorporated between the two inverters to improve islanding detection response. The simulation results and their experimental verifications are presented at the endMestradoEnergia EletricaMestre em Engenharia Elétrica831346/1988-4CNP