Thèses sur le sujet « Sistemi grid connected »

In un impianto fotovoltaico connesso alla rete elettrica, l’ integrazione di un sistema di accumulo permette di raccogliere l’ energia dal solare nelle ore di minor richiesta di rete (di giorno), ed erogarla nei momenti di bassa produzione e di maggiore richiesta di rete (la sera). In collaborazione con ENGIE Eps, è sorta l’ esigenza di confrontare tre diverse tipologie di accoppiamento delle batterie in un impianto ibrido PV+Batteria connesso alla rete elettrica. La prima architettura è chiamata AC coupling poiché il BESS (Battery Energy Storage System) è connesso tramite opportuni convertitori, direttamente alla rete elettrica. La terza e la seconda architettura sono denominate DC Coupling poiché il BESS è collegato tramite un convertitore o senza, al lato DC dell’ impianto. Il confronto è stato realizzato analizzando i flussi di potenza dell’ impianto facendo riferimento a dati di produzione reali forniti da ENGIE Eps. Più in particolare, sono stati forniti i dati di produzione e di irraggiamento di un impianto reale di potenza massima pari a 285 MW, con storage di capacità pari a 275 MWh. La valutazione della potenza richiesta all’ impianto è stata ottenuta dall’analisi del segnale AGC relativo alla rete nella quale l’ impianto è inserito. Tale segnale `e stato generato a partire da dati di frequenza di rete forniti dall’ azienda. Dall’ analisi precedentemente descritta si è individuata l’ architettura migliore in termini di rendimento, che risulta essere la DC coupling con DC/DC sulla batteria. Nell’ ultima parte della tesi si è inoltre svolto su richiesta di ENGIE Eps, lo studio del controllo dei convertitori relativi all’ architettura in esame. La strategia di controllo individuata è descritta nel dettaglio in questo documento.

La decarbonizzazione e la mitigazione del cambiamento climatico sono diventate una priorità per molti Paesi e governi. Uno dei principali strumenti per realizzare questi obiettivi è la crescita delle fonti di generazione rinnovabili nel sistema elettrico, ma la loro inclusione costituisce una grande sfida per il funzionamento della rete a causa della loro alta variabilità e il loro comportamento stocastico. In questo contesto, la gestione del sistema elettrico e delle microgrid può essere trattata come un problema di ottimizzazione in cui le risorse vengono fatte funzionare con l'obiettivo di minimizzare la funzione di costo. Questa funzione di costo e le restrizioni operative corrispondenti dipendono da ogni situazione specifica, ad esempio, da quali sono i requisiti di consumo di energia, quanto è debole la connessione con la rete elettrica e quanto sono critici i carichi da alimentare nella zona. In questo senso, nonostante la grande varietà di approcci di ottimizzazione, questi hanno in comune l'importanza di contare su un sistema di previsione di alta qualità per prevedere le incertezze della microgrid (o rete) da far funzionare. I principali approcci esistenti per prevedere le incertezze sono la previsione deterministica e stocastica (che in molti casi è anche chiamata probabilistica). Considerando l'importanza dei sistemi di previsione per eseguire l'ottimizzazione delle microgrid e, in generale, delle reti elettriche, questa tesi di dottorato si concentra sulla progettazione di un modello di lavoro di previsione orientato alla microgrid che include una vasta gamma di approcci di previsione, che rende possibile la sua integrazione con altre applicazioni, ad esempio, sistemi di ottimizzazione della gestione dell'energia. Questo modello di lavoro include diversi metodi deterministici e stocastici ed è in grado di gestire l'addestramento e la selezione dei modelli per eseguire la previsione secondo il tipo di rappresentazione dell'incertezza che è richiesto in ogni caso.
The decarbonization and the climate change mitigation have become a priority for many countries and governments. One of the main tools for accomplishing these objectives is the growth of renewable generation sources in the power system, but their inclusion constitutes a great challenge for the network operation due to their high variability and their stochastic behavior. In this context, the management of the power system and microgrids can be treated as optimization problems in which the resources are operated with the aim of minimizing the cost function. This cost function and the corresponding operative restrictions depend on each specific situation, for example, on which are the power consumption requirements, how weak is the connection with the power grid, and how critical are the loads to be fed in the zone. In this sense, despite the large variety of optimization approaches, these have in common the importance of counting on a high-quality forecasting system for predicting the uncertainties of the microgrid (or network) to operate. The main existing approaches for predicting the uncertainties are deterministic and stochastic (which in many cases is also called probabilistic) forecasting. Considering the importance of forecasting systems for performing the optimization of microgrids and, in general, power networks, this doctoral thesis is focused on the design of a microgrid-oriented forecasting framework that includes a wide range of forecasting approaches, which makes possible its integration with other applications, for example, energy management optimization systems. This framework includes several deterministic and stochastic methods and is able to handle the training and selection of the models for performing the forecast according to the type of uncertainty representation that is required in each case.
La descarbonización y la reducción del cambio climático se han convertido en una prioridad para muchos países y gobiernos. Una de las principales herramientas para lograr estos objetivos es aumentar el número de fuentes de generación renovables en el sistema eléctrico, pero su inclusión constituye un gran reto debido a su alta variabilidad y su comportamiento estocástico. En este contexto, la gestión del sistema eléctrico y de las microrredes puede tratarse como problemas de optimización en los que los recursos se operan con el objetivo de minimizar la función de coste. Esta función de coste y las correspondientes restricciones operativas dependen de cada situación concreta, por ejemplo, de cuáles sean las necesidades de consumo de energía, de lo débil que sea la conexión con la red eléctrica y de lo críticas que sean las cargas a alimentar en la zona. En este sentido, a pesar de la gran variedad de enfoques de optimización, éstos tienen en común la importancia de contar con un sistema de predicción de alta calidad para predecir las incertidumbres de la microrred (o red) a optimizar. Los principales enfoques existentes para predecir las incertidumbres son la predicción determinista y la estocástica (que en muchos casos también se denomina probabilística). Teniendo en cuenta la importancia de los sistemas de predicción para realizar la optimización de las microrredes y, en general, de las redes eléctricas, esta tesis doctoral se centra en el diseño de un marco de trabajo para predicción orientado a las microrredes que incluye diversos enfoques para realizar la predicción, lo que hace posible su integración con otras aplicaciones como, por ejemplo, sistemas de optimización de gestión energética. Este marco de trabajo incluye varios métodos deterministas y estocásticos y es capaz de gestionar el entrenamiento y la selección de los modelos para realizar la predicción según el tipo de representación de la incertidumbre que se requiera en cada caso.

In the last years, the electrical production from not predictable renewable energy sources has been increased together with the electrical systems improvement to allow the integration into the network. The high exploitation of renewable energy sources in small and large systems involves the use of different storage technologies. In the first part of the thesis the services provided by the storage technologies are analysed. In particular, services like time shift and renewable energy integration fit well with high capacity plants, while services like the power quality fit well with small capacity plants. Are also analysed the most common energy storage systems highlighting types of application, costs and future developments. The deep analysis of renewable sources integration are carried out with optimization techniques and two stochastic algorithms have been developed and applied to the systems. The different energy systems analysed are both stand alone and grid connected. Initially the energy hub approach is applied because it well fit to the complex systems representation. This approach is applied to a large grid connected system that requires electricity and thermal energy throughout the year. The object of the analysis is to determine the optimal operation of the machines in order to minimize the annual costs. Systems investigations go on with the analysis of a small stand alone system that must meet two requirements of the user. The energy system is equipped with facilities for the exploitation of local energy sources combined with storage systems. The objective of the analysis is to determine the optimal management of the energy system to reduce the overall management cost. Systems investigations go on with the analysis of a large stand alone system that must meet multiple user requirements. The energy system is equipped with facilities for the exploitation of local energy sources combined with storage systems. The objective of the analysis is to determine the optimal size and management of the installed machines in order to minimize the overall costs of the system. Systems investigations analysis go on with analysis of storage systems connected to the grid, in particular compressed air systems and pumped storage hydro power plants. The compressed air system is analysed with a yearly simulation model trough two different usage scenarios: as an independent storage facility connected to the grid and as a facility working in coordination with a wind farm. The goals for the two usage scenarios is to maximize the yearly revenue of the storage system operating in the electricity market. Pumped storage hydro power plants were analysed with the collaboration of a Norwegian research institute. The investigations were focussed on three upgraded pumped storage hydro power plants operating in coordination with offshore wind turbines in the North Sea. Investigations have defined new operation strategies to smooth off the off shore wind power fluctuations in accordance with the environmental constraints on the reserves. The carried out investigations have verified the energy storage systems potential in order to provide their contribution in the integration of renewable sources in the short and long term, in applications on the user side and on the generation side. The main research directions pointed out are related to the improvement of the management strategy and the improvement of the components through integrated research programs.
Negli ultimi anni si è assistito ad una crescente produzione di energia da fonti rinnovabili intermittenti e alla necessità di un adeguamento dei sistemi elettrici per consentire una maggiore integrazione della produzione intermittente nella rete. L’elevato sfruttamento delle fonti energetiche rinnovabili nei sistemi di piccola e grande dimensione passa anche attraverso l’impiego di diverse tecnologie di accumulo. Nella prima parte della tesi sono analizzati i diversi servizi che possono offrire i sistemi di accumulo. In particolar modo, si ricordano servizi quali il time shift e l’integrazione di fonti rinnovabili che ben si adattano ad impianti di elevata capacità, oltre ai servizi come la qualità del servizio che si adattano ad impianti di piccola capacità. Sono inoltre analizzati i più comuni sistemi di accumulo dell’energia evidenziandone campi di applicazione, costi e sviluppi futuri. L’analisi approfondita della integrazione delle fonti rinnovabili nei sistemi deve essere condotta attraverso metodi di ottimizzazione e per questa ragione sono analizzati due algoritmi di tipo stocastico successivamente applicati allo studio dei sistemi. I diversi sistemi energetici analizzati sono di tipo sia non connesso che connesso alla rete elettrica. Inizialmente per studiare i sistemi è applicato il metodo degli energy hub che ben si presta a rappresentare sistemi complessi. Tale metodo è applicato ad un sistema di grandi dimensioni connesso alla rete che richiede energia elettrica e termica durante tutto l’anno. L’obiettivo dell’analisi è quello di determinare il funzionamento ottimale delle macchine al fine di ridurre i costi annuali. Le indagini continuano con l’analisi di un sistema di piccole dimensioni isolato dalla rete che deve soddisfare due richieste dell’utenza, è dotato di impianti per lo sfruttamento delle fonti energetiche locali abbinati ad accumuli. L’obiettivo dell’analisi è quello di determinare la gestione ottimale del sistema energetico per ridurre i costi di gestione del sistema. Le indagini proseguono con l’analisi di un sistema di grandi dimensioni isolato dalla rete che deve soddisfare molteplici richieste dell’utenza, è dotato di impianti per lo sfruttamento delle fonti energetiche locali abbinati a molteplici accumuli. L’obiettivo dell’analisi è quello di determinare la dimensione delle macchine installate e la gestione ottimale del stesse al fine di contenere i costi complessivi del sistema. L’analisi si sposta poi verso i sistemi di accumulo connessi alla rete elettrica, in particolar modo verso gli impianti ad aria compressa e agli impianti di pompaggio idroelettrico. Il sistema ad aria compressa è analizzato attraverso un modello di simulazione annuale in due scenari di utilizzo: come impianto di accumulo indipendente connesso alla rete elettrica e come impianto operante in coordinamento con un parco eolico. L’obiettivo per i due scenari di funzionamento è quello di massimizzare i guadagni dell’impianto di accumulo operante nel mercato elettrico. I sistemi di accumulo idroelettrici sono stati analizzati grazie ad una collaborazione presso un istituto di ricerca norvegese. Le indagini hanno riguardato tre impianti di pompaggio ripotenziati e operanti in coordinamento con sistemi eolici off-shore nel Mare del Nord. Le indagini hanno individuato nuove strategie di gestione degli impianti idroelettrici utili al livellamento della produzione eolica in abbinamento al rispetto dei vincoli ambientali sull’utilizzo delle riserve idroelettriche. Le analisi condotte hanno permesso di verificare come i sistemi di accumulo possano trovare applicazioni nella integrazione delle fonti rinnovabili nel breve e nel lungo termine, in applicazioni presso l’utente finale e presso la generazione. Le direzioni di ricerca principali puntano verso una maggiore indagine nelle tecniche dei gestione e maggiore ricerca sui singoli componenti attraverso programmi di ricerca sempre più integrati e completi.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico
Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema de conversÃo de energia eÃlica (WECS - Wind Energy Conversion System) com gerador sÃncrono de imà permanente (PMSG - Permanent Magnet Synchronous Generator) operando com velocidade variÃvel. O circuito de processamento de energia à dividido em dois estÃgios. No estÃgio AC-DC, uma topologia boost bridgeless trifÃsica unidirecional absorve a energia fornecida pelo gerador e injeta no link DC. Neste conversor, a tÃcnica de autocontrole permite a extraÃÃo de corrente com baixa taxa de distorÃÃo harmÃnica (THD â Total Harmonic Distortion) e alto fator de potÃncia. AlÃm disso, um algoritmo de rastreamento do mÃximo ponto de potÃncia (MPPT - Maximum Power Point Tracking) determina a velocidade de rotaÃÃo do gerador que irà garantir o ponto adequado de operaÃÃo. Este modo de operaÃÃo à mantido enquanto a potÃncia disponÃvel for menor que a potÃncia nominal do conversor. Caso contrÃrio, o algoritmo de MPPT à desabilitado e uma malha de controle de potÃncia mecÃnica garante a condiÃÃo nominal de potÃncia. No estÃgio de conversÃo DC-AC, um inversor trifÃsico ponte completa, cujo controle à baseado na teoria das potÃncias instantÃneas, provà energia à rede elÃtrica cumprindo com as exigÃncias normativas. Uma anÃlise teÃrica completa à apresentada assim como os resultados de simulaÃÃo considerando o protÃtipo com a potÃncia nominal de 6 kW equivalente a turbina eÃlica utilizada. Resultados experimentais satisfatÃrios sÃo apresentados para uma potÃncia de 3 kW: o rendimento do sistema completo à superior a 90%; a corrente que circula no gerador apresenta THD de aproximadamente 2,6% e fator de potÃncia de 0,942; e a corrente injetada na rede elÃtrica possui THD de 1,639% e fator de potÃncia de 0,994.
This master thesis presents the development of a Wind Energy Conversion System (WECS) with Permanent Magnet Synchronous Generator (PMSG) operating at variable speed. The energy processing circuit is divided into two stages. In the AC-DC stage, an unidirectional three-phase bridgeless boost topology absorbs the energy supplied by the generator and injects it into the DC link. In this converter, the self-control technique allows the current extraction with low THD and high power factor. Furthermore, a - Maximum Power Point Tracking (MPPT) determines the rotational speed of the generator that will ensure the proper operating point. This mode of operation is maintained while the available power remains lower than the converter rated power. Otherwise, the MPPT algorithm is disabled and a mechanical power control loop ensures the rated power condition. On the DC-AC conversion stage, a three-phase full-bridge inverter, whose control is based on the theory of instantaneous power, provides energy to the grid complying with regulatory requirements. A complete theoretical analysis is presented as well as the simulation results considering the prototype with a rated power of 6 kW equivalent of wind turbine used. Satisfactory experimental results are shown to an output of 3 kW: the efficiency of the total system is above 90%; the current through the generator has a THD of about 2.6% with a power factor of 0.942; moreover, the current injected into the grid has a THD of about 1.639% and a power factor of 0.994.

The United Nations (UN) project "Sustainable energy for all" sets three ambitious objectives to favor a sustainable development and to limit climate change: - Universal access to modern energy services. Electricity is currently not available for 1.3 billion people and the global energy demand is expected to grow of about 35% within 2040, due to the increasing world population and the expanding economies - Double the global rate of improvement in energy efficiency - Double the share of renewable energy sources (RESs) in the global energy mix In addition, according to the climate scenario assessed in the fifth assessment report (AR5) of the International Panel on Climate Change (IPCC), the prevention of undesirable climate effects requires a 40-70% reduction of greenhouse gas (GHG) emissions, compared with 2010 levels, by mid-century, and to near-zero by the end of this century (IPCC, 2014). The achievement of such objectives requires and encourages the spread of RESs in the global energy mix, gradually replacing depleting and polluting energy sources based on fossil fuels, which still have the main incidence on the energy sector. RESs already play a major role in several countries, due to the technological development and the increasing market competitiveness, and the world renewable power capacity reached 22.1% in 2013, showing an increasing trend in 2014 (REN, 2014). However, supporting policies, robust investments from the private sector and efforts from the scientific community are still crucial to demonstrate the technical and economic sustainability and effectiveness of RESs, helping their large-scale diffusion. Starting from such a background, this Ph.D dissertation focuses on the study, design and development of methods and tools for the optimization and enhancement of renewable energy technologies and their effective integration with energy storage solutions and traditional energy sources powered by fossil fuels (hybrid energy systems). The analysis of the major literature and the different scenarios and perspectives of RESs in the national and international contexts have shown that their economic sustainability, and then their diffusion, is closely connected to a number of technical, economic/financial and geographical parameters. Such parameters are the input of the analytic models developed for the techno-economic design of photovoltaic (PV) plants and small wind turbines (SWTs) and applied to the economic feasibility study, through multi-scenario analysis, of such systems in some of the main European Union (EU) Countries. Among the obtained results, the self-consumption of the produced energy plays a crucial role in the economic viability of SWTs and PV plants and, particularly, after the partial or total cut of incentives and uncertainties related to supporting policies within the EU context. The study of the energy demand profile of a specific user and the adoption of battery energy storage (BES) systems have been identified as effective strategies to increase the energy self-consumption contribution. Such aspects have led to the development of an analytic model for the techno-economic design of a grid connected hybrid energy system (HES), integrating a PV plant and a BES system (grid connected PV-BES HES). The economic profitability of the grid connected PV-BES HES, evaluated for a real case study, is comparable with PV plants without storage in case of a significant gap between the cost of energy purchased from the grid and the price of energy sold to the grid, but high BES system costs due to the initial investment and the maintenance activities and the eventual presence of incentives for the energy sold to the grid can make the investment not particularly attractive. Thus, the focus has shifted to the techno-economic analysis of off-grid HES to meet the energy demand of users in remote areas. In this context, BES systems have a significant role in the operation and management of the system, in addition to the storage of exceeding energy produced by the intermittent and variable RESs. The analysis has also been strengthened by an industrial application with the aim to configure, test and install two off-grid HESs to meet the energy demand of a remote village and a telecommunication system. In parallel, two experimental activities in the context of solar concentrating technology, a promising and not fully developed technology, have been carried out. The former activity deals with the design, development and field test of a Fresnel lens pilot-scale solar concentrating prototype for the PV energy distributed generation, through multi-junction solar cells, and the parallel low temperature heat recovery (micro-cogeneration CPV/T system). The latter activity deals with the development of a low cost thermal energy (TES) storage prototype for concentrating solar power (CSP) plants. TES systems show a great potential in the CSP plants profitability since they can overcome the intermittent nature of sunlight and increase the capacity factor of the solar thermal power plant. Concluding, the present Ph.D dissertation describes effective methods and tools for the optimization and enhancement of RESs. The obtained results, showing their critical issues and potential, aim to contribute to their diffusion and favor a sustainable development
Il progetto delle Nazioni Unite "Sustainable energy for all" ha fissato tre obiettivi ambiziosi per favorire uno sviluppo sostenibile e limitare l'impatto del cambiamento climatico: - Accesso universale a moderni servizi elettrici. Tali servizi sono attualmente indisponibili per circa 1.3 miliardi di persone ed è previsto un aumento del 40% della domanda globale di energia elettrica entro il 2040, a causa dell'incremento della popolazione mondiale e delle economie in crescita nei paesi in via di sviluppo - Raddoppio del tasso globale di miglioramento dell'efficienza energetica - Raddoppio del contributo di fonti di tipo rinnovabile nel mix energetico globale Inoltre, lo scenario climatico proposto nel "fifth assessment report (AR5)" redatto da "International Panel on Climate Change (IPCC)" stabilisce la necessità di ridurre l'emissione di gas ad effetto serra del 40-70%, rispetto ai valori registrati nel 2010, entro il 2050 ed eliminarli in modo quasi definitivo entro la fine del secolo con lo scopo di evitare effetti climatici indesiderati. Il raggiungimento di tali obiettivi richiede e incoraggia la diffusione di fonti energetiche rinnovabili (FER) all'interno del mix energetico globale, rimpiazzando gradualmente le fonti di energia convenzionali basate su combustibili fossili, inquinanti e in via di esaurimento, che hanno ancora l'incidenza principale nel settore energetico. A seguito nel loro sviluppo tecnologico e la crescente competitività nel mercato, le FER rivestono già un ruolo fondamentale nel mix energetico di numerose Nazioni ricoprendo il 22.1% del fabbisogno globale di energia nel 2013 e mostrando un andamento in rialzo nel 2014 (REN, 2014). Tuttavia, sono ancora cruciali politiche di supporto, ingenti investimenti privati e contributi della comunità scientifica per dimostrare l'efficacia e la sostenibilità tecnica ed economica delle FER e favorire, quindi, una loro diffusione in larga scala. In questo contesto, la seguente tesi di dottorato è rivolta allo studio, progettazione e sviluppo di metodi e strumenti per l'ottimizzazione e la valorizzazione di tecnologie energetiche rinnovabili e la loro integrazione efficace con fonti di produzione di energia convenzionali alimentate da combustibili fossili e sistemi di accumulo di energia (Sistemi energetici di tipo ibrido). I contributi scientifici disponibili in letteratura e l'analisi dei diversi scenari e delle prospettive delle FER nei vari contesti nazionali ed internazionali hanno dimostrato che la loro sostenibilità economica, e quindi la loro diffusione, è strettamente legata ad una serie di parametri tecnici, economico / finanziari e geografici. Tali parametri sono stati impiegati come input in due modelli analitici sviluppati per la progettazione tecnico-economica di impianti fotovoltaici (FV) e micro turbine eoliche e applicati per lo studio della loro fattibilità economica, attraverso analisi multi-scenario, in alcuni dei maggiori Paesi Europei. I risultati ottenuti hanno mostrato come l'autoconsumo dell'energia prodotta rivesta un ruolo fondamentale nella redditività economica dei citati impianti ed, in particolare, a seguito del taglio parziale o totale dei sistemi di incentivazione e l'incertezza attorno alle politiche di supporto all'interno del panorama Europeo. Lo studio specifico del profilo di domanda elettrica delle utenze e l'impiego di sistemi di accumulo di energia sono stati identificati come strategie efficaci al fine di incrementare la quota di autoconsumo. Tali considerazioni hanno portato allo sviluppo di un modello analitico utile alla progettazione tecnico-economica un sistema energetico ibrido connesso alla rete Nazionale integrante un impianto FV e un sistema di accumulo a batterie. La redditività del sistema, valutata su un caso reale, risulta comparabile a un impianto fotovoltaico privo di batterie in caso di un gap significativo tra il costo dell'energia elettrica acquistata dalla rete e il prezzo di vendita dell'energia elettrica ceduta in rete. Tuttavia, gli elevati costi dovuti all'acquisto iniziale e alle attività di manutenzione, e l'eventuale incentivazione sulla vendita dell'energia in rete, non rendono l'investimento particolarmente attrattivo per impianti connessi alla rete. L'attenzione si è quindi rivolta all'analisi tecnico-economica di sistemi energetici ibridi non connessi alla rete, comunemente definiti in isola o off-grid, per soddisfare il fabbisogno energetico di utenti in area remote e quindi prive di allaccio a una rete elettrica. In tali sistemi, i sistemi di accumulo a batterie, oltre alla capacità di accumulo dell'energia prodotta in eccesso variabili e intermittenti FER, hanno funzioni fondamentali nella gestione del sistema stesso. L'attività è stata anche rafforzata da un'applicazione industriale per la configurazione, test e installazione di due sistemi energetici ibridi in isola impiegati per soddisfare il fabbisogno energetico di un villaggio e di un sistema di telecomunicazione situati in aree remote. In parallelo, sono state svolte due attività sperimentali applicate alla promettente, ma non ancora completamente sviluppata a livello industriale, tecnologia solare a concentrazione. La prima attività riguarda la progettazione, sviluppo e test sperimentali di un prototipo in scala ridotta di concentratore solare a lenti di Fresnel per la produzione distribuita di energia elettrica, mediante l'uso di celle fotovoltaiche multi giunzione, ed energia termica a bassa temperatura, tramite un sistema di recupero termico. La seconda attività concerne lo sviluppo e test sperimentali di un prototipo di sistema di accumulo termico per impianti termodinamici alimentati da sistemi a concentrazione solare. Il sistema di accumulo consente di compensare la natura intermittente e variabile della fonte solare incrementando le ore di funzionamento dell'impianto termodinamico con i conseguenti benefici economici. Concludendo, la presente tesi di dottorato include la descrizione di metodi e strumenti per l'ottimizzazione e valorizzazione delle FER. I risultati evidenziano le criticità e potenzialità dei sistemi studiati con lo scopo di contribuire a una loro diffusione e favorire uno sviluppo sostenibile

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma metodologia para a etiquetagem e qualificação de inversores para Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede, com finalidade de servir de proposta de procedimento para inclusão no Regulamento de Avaliação de Conformidade de Equipamentos e Sistemas Fotovoltaicos do Programa Brasileiro de Etiquetagem. O procedimento desenvolvido avalia os inversores quanto à eficiência, qualidade de energia, proteções e informações operacionais e de instalação.
This work presents the development of a methodology for qualification and labeling of inverters for grid-connected photovoltaic systems, aiming serving as procedural proposal for inclusion in the Conformity Assessment Rules of Equipments and Photovoltaic Systems of the Brazilian Labeling Program. The developed procedure evaluates the inverters efficiency, power quality, protections and operational and installation information.

2006/2007
Il presente lavoro riguarda la descrizione di un simulatore di campo fotovoltaico (in seguito simulatore). Il simulatore è un convertitore elettronico di potenza che, alimentato dalla rete elettrica, riproduce la caratteristica tensione corrente di un campo fotovoltaico (insieme di moduli fotovoltaici connessi in serie e in parallelo) operante in condizioni climatiche di temperatura e irraggiamento arbitrarie. Il nuovo dispositivo verrà impiegato nell’ambito del laboratorio fotovoltaico cui fa riferimento l’impianto in via di realizzazione sul tetto dell’edificio che ospita il Dipartimento dei Materiali e delle Risorse Naturali dell’Università di Trieste. Il simulatore viene proposto come utile strumento per i progettisti di dispositivi solari funzionanti in sistemi fotovoltaici connessi in rete. In particolare, il simulatore permetterà di prevedere il funzionamento di nuovi moduli fotovoltaici operanti in condizioni di ombreggiamento arbitrario e inseriti in un sistema fotovoltaico reale. L’uso del simulatore sarà particolarmente efficace nel caso di simulazioni di tecnologie in film sottile come, ad esempio, il silicio amorfo, il tellururo di cadmio, ecc. Il simulatore sarà anche necessario per testare i componenti che fanno parte di un sistema fotovoltaico connesso in rete, con particolare riferimento ai sistemi di condizionamento della potenza (detti anche inverter). Tali sistemi, oltre a convertire la tensione continua prodotta dai moduli fotovoltaici in una tensione compatibile e sincronizzata con quella della rete, devono garantire istante per istante l’inseguimento del punto di massima potenza estraibile dal campo fotovoltaico cui sono connessi. Il lavoro è stato suddiviso in cinque capitoli. Il primo capitolo fornisce una breve descrizione dello stato dell’arte e di alcune aspetti economici relativi alla tecnologia fotovoltaica. Nel secondo capitolo vengono richiamati il modello classico di una cella solare e le definizioni riguardo le sue caratteristiche principali (punto di massima potenza, efficienza, fill factor, ecc.). Nello stesso capitolo un’overview sui materiali e sulle tecnologie utilizzate nella realizzazione dei dispositivi fotovoltaici divide, come suggerito da Martin Green, le celle solari in tre diverse generazioni: la prima comprende i dispositivi realizzati in silicio cristallino (mono e policrisallino), la seconda quelli in film sottile (in silicio amorfo, tellururo di cadmio CdTe, diseleniuro di rame e indio CIS, diseleniuro di rame, indio e gallio CIGS, diseleniuro di rame, indio, gallio e zolfo CIGSS) e le celle di Graetzel, e la terza le celle multigiunzione, a banda intermedia e quelle organiche. Nel capitolo tre viene fornita una descrizione dei componenti costituenti un sistema fotovoltaico connesso in rete e viene proposto un nuovo metodo per la determinazione delle caratteristiche corrente tensione e potenza tensione prodotte da dispositivi fotovoltaici. Il metodo risulta efficace in quanto non necessita di misure sperimentali da effetture sui diversi dispositivi. I dati forniti nei comuni data sheet che vengono forniti a corredo dei moduli fotovoltaici sono sufficienti a determinarne il comportamento al variare della temperatura di funzionamento e del livello di radiazione solare. L’efficienza di un sistema fotovoltaico (Balance Of the System, BOS) viene calcolata nel capitolo quattro. Particolare enfasi viene data all’effetto di mismatching che è tanto più importante quanto più è elevato il livello di ombreggiamento presente sul piano dei moduli fotovoltaici costituenti l’impianto. Infine, l’ultimo capitolo riguarda la descrizione del simulatore e delle sue applicazioni.
The subject of this work is a power electronic device, hereafter named photovoltaic field simulator, which converts the grid voltage into a current voltage characteristic. This characteristic replicates the behavior of a real photovoltaic field working in arbitrary conditions of irradiance and temperature. After building, the photovoltaic field simulator will be used in the photovoltaic laboratory which is connected to the experimental photovoltaic plant which will be installed on the roof top of the Materials and Natural Resources Department of Trieste University. The photovoltaic field simulator will be used for photovoltaic module parameters design with particular reference to its behavior when inserted in a photovoltaic field operating under shaded conditions. The use of the simulator will be particularly effective when simulating thin-film technologies as, for example, amorphous silicon, cadmium telluride, and etc. The photovoltaic field simulator will also be used for testing the components of grid connected photovoltaic systems with particular reference to the power conditioning units (also named inverters). These systems, which convert the direct current produced by the photovoltaic modules into a utility grade current (typically alternate and sinusoidal at a frequency of 50-60Hz), must extract maximum power from the photovoltaic field. The work is divided into five chapters. In the first a brief description of photovoltaic technology and its economic aspects is given. Chapter two is on classic solar cell modelling basics and on the definition of the parameters of photovoltaic technology (maximum power point, efficiency, fill factor, and etc.). In the same chapter a materials and technologies overview splits, as suggested by Martin Green, solar cells in three different generations: the first comprises crystalline silicon (mono and polycrystalline) devices, the second thin-film devices (amorphous silicon, cadmium telluride CdTe, copper indium diselenide CIS, copper indium gallium diselenide CIGS, copper indium gallium sulphur diselenide CIGSS), and the Graetzel cells, while the third multi-junction, intermediate band and organic photovoltaic devices. The third chapter briefly describes photovoltaic grid connected system components. In particular a new model for plotting photovoltaic current voltage and power voltage characteristics is provided. The method is original because only module data sheet parameters are used and experimental measurements are not needed in order to determine the photovoltaic modules behavior with reference to irradiance and working temperatures changes. In chapter four the Balance of a photovoltaic System (BOS) is calculated. In particular the importance of the mismatching effect of photovoltaic modules due to shaded conditions is shown. The last chapter is on simulator description and its applications.
XX Ciclo
1975

Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica
Se define una microrred como una agrupación de cargas y recursos energéticos distribuidos que funciona como un único sistema controlable, capaz de operar en paralelo o aislado de la red eléctrica. Las microrredes son proveedores de energía locales que pueden reducir los gastos de energía, reducir las emisiones, aumentar la confiabilidad y son alternativas de energización emergentes. El correcto uso de sus recursos energéticos disponible permite lograr una operación más eficiente en una microrred, por ejemplo; reducir sus costos, mejorar ingresos, alargar la vida útil de los equipos y limitar el impacto ambiental. Algunos de estos objetivos se contraponen y es por esto que es necesario compensarlos para obtener el mejor despacho energético. Por esta razón el uso de un sistema de gestión de energía para microrredes cobra gran importancia. En este trabajo se desarrollaron modelos matemáticos y luego se implementaron en una herramienta computacional para el despacho energético óptimo de microrredes, con énfasis en tres aspectos. Primero, los servicios complementarios que una microrred puede ofrecer: arbitraje de energía, reducción de emisiones, reducción de potencia punta, reserva de potencia en giro y ofertas de reducción de consumo. Segundo, un modelo de almacenamiento de baterías enfocado en seis fenómenos: envejecimiento cíclico y calendario, la ley de Peukert, la pérdida de capacidad, autodescargas y la limitación de carga/descarga. Tercero, se incluye un módulo maestro-esclavo para lidiar con la estocasticidad ante problemas intempestivos en la red, manteniendo así la confiabilidad de la microrred cuando se aísla, aun si esta ofrece servicios. Estos tres aspectos son integrados en un modelo de programación lineal entera mixta para el despacho óptimo de una microrred, minimizando los costos de operación y reinversión. En el presente trabajo, se simulan la operación de tres microrredes reales bajo diferentes escenarios cada uno. El primer caso es la microrred aislada de Huatacondo, el segundo es la microrred conectada de CIGRE y el tercero es la microrred conectada de la cárcel de Santa Rita. Los resultados obtenidos muestran reducción en los costos de hasta 4.3% en la microrred de Huatacondo, hasta 2.9% para CIGRE y hasta 7% para Santa Rita al considerar servicios y utilizando un modelo detallado de almacenamiento. En el caso de la microrred aislada de Huatacondo, la reducción se basó principalmente en la extensión de la vida útil del banco de baterías. Para las dos microrredes conectadas los servicios más atractivos fueron ofrecer sus capacidades flexibles no utilizadas a la red. Esto considera servicios como reducción de consumo, reducción de demanda punta o reserva en giro. Servicios enfocados en transferencia de altos volúmenes de energía, como el arbitraje de energía, no fueron atractivos dado el costo asociado al uso de equipos de almacenamiento.

Submitted by Silvana Teresinha Dornelles Studzinski (sstudzinski) on 2015-10-26T16:05:56Z No. of bitstreams: 1 Gabriela Schenkel_.pdf: 3048283 bytes, checksum: cd479115e88afd207554abd627ee1c17 (MD5)
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CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
Os sistemas fotovoltaicos conectados à rede tem como finalidade a conversão da energia solar em energia elétrica. No Brasil, recentemente foi dado o primeiro passo efetivo com a publicação pela ANEEL da Resolução Normativa n° 482. Esta resolução, publicada em 17 de abril de 2012, possibilita à um consumidor doméstico e comercial possuir um sistema de microgeração de energia (hidráulica, solar, eólica, biomassa ou cogeração qualificada) conectado à rede elétrica e fazer compensação de energia. Neste trabalho foi instalado em caráter experimental, no Laboratório de Energias Renováveis da Unisinos, um sistema fotovoltaico conectado à rede com uso de um modelo de microinversor, e buscou-se por meio desta instalação e do monitoramento, analisar o comportamento elétrico e energético do sistema. O sistema é composto por um módulo monocristalino LG255S1C de 255 Wp conectado a um microinversor ENPHASE M215 de 215 W. O período de monitoramento foi de 1° de agosto até 20 de dezembro de 2014. Uma central de aquisição de dados Agilent HP 34970A foi empregada para coletar dados de irradiância no plano do gerador fotovoltaico, corrente e tensão na entrada e saída do microinversor, temperatura de uma célula FV no centro do módulo fotovoltaico e temperatura no dissipador do microinversor. Também foi utilizado como medidor o analisador de energia Fluke 43B, que coleta os dados de potência ativa, potência reativa e potência aparente injetada na rede elétrica pelo sistema. Índices de qualidade de energia como a distorção harmônica total de corrente e fator de deslocamento também foram medidos. A eficiência média diária máxima, considerando a incerteza, medida no microinversor empregado foi de 95,18 % e é semelhante aos valores de eficiência média diária dos microinversores de primeira e segunda geração. O sistema fotovoltaico monitorado com o uso do microinversor atingiu o valor máximo de desempenho global de 0,93. A produção de energia máxima diária em corrente alternada foi de 1,49 kWh. Estima-se, levando em consideração este valor, que a produção mensal pode ser de até 44,7 kWh. Isto significa uma redução de 58 % no consumo de energia em uma residência, levando em consideração o custo de disponibilidade e o sistema instalado em uma residência com consumo médio mensal da região nordeste que é de 120 kWh.
Photovoltaic grid-connected systems aims the conversion of solar energy into electrical energy. In Brazil, was recently given the first effective step with the publication by ANEEL Normative Resolution No. 482. This resolution published on 17 th April, 2012, enables domestic and commercial consumers have an energy microgeneration system (hydro, solar, wind, biomass or qualified cogeneration) connected to mains power and make compensation. In this work was mounted on an experimental character, in the Renewable Energy Laboratory of Unisinos, a photovoltaic grid-connected system that uses a microinverter model, and through this installation and monitoring, analyse the electrical and energetical behavior of the system. The system consists of a 255 Wp LG255S1C monocrystalline module, connected to a 215 W ENPHASE M215 microinverter. The monitoring period was 1 st August to 20 th December, 2014. A central acquisition of Agilent HP 34970A data was used to collect data irradiance in the plane of the PV array, current and voltage at the input and output of microinverter, temperature of a PV cell in the center of the PV module and the microinverter sink. It was also used as a measuring the energy analyzer Fluke 43B, which collects the data of active power, reactive power and apparent power injected into the grid by the system. Power quality indices as the total harmonic current distortion and displacement factor were also measured. The maximum daily average efficiency, considering the uncertainty, measured on the employed microinverter was 95.18 % and is similar than the daily average efficiency values of microinverters of first and second generation. The photovoltaic system monitored using the microinverter peaked overall performance of 0.93. The production maximum daily energy into alternating current was 1.49 kWh. It is estimated taking into account the value that the monthly production can achieved 44.7 kWh. This means a reduction of 58 % in the consumption of a residence considering the availability cost and that the system is installed in a residence with the northest comsumption whose the average monthly consumption is 120.00 kWh.

Este trabalho propõe um procedimento para qualificar sistemas fotovoltaicos conectados à rede, o qual possui dois focos principais: o comissionamento e a caracterização da produção de energia. Também resume alguns aspectos normativos relacionados aos sistemas fotovoltaicos, apresenta os principais parâmetros de desempenho utilizados para caracterizar um sistema fotovoltaico, propõe uma metodologia para calcular a energia injetada na rede, a qual incorpora modelos matemáticos e procedimentos de medição, tanto novos quanto convencionais, e aplica essa metodologia em um estudo de caso de um sistema fotovoltaico real.
This work proposes a procedure for qualifying grid-connected photovoltaic systems, which has two main focuses: the commissioning and the characterization of energy production. The work also summarizes some regulatory aspects related to photovoltaic systems, presents the main parameters used to characterize the performance of a photovoltaic system, proposes a methodology to calculate the energy injected into the grid, which incorporates both new and conventional mathematical models and measurement procedures, and applies this methodology to a case of study of a real photovoltaic system.

Neste tabalho à realizado o estudo de um conversor de trÃs nÃveis com ponto neutro grampeado (NPC), proposto para a interligaÃÃo de sistemas de conversÃo de energia à rede elÃtrica. Para tanto à utilizado um filtro indutivo L, tÃcnicas de controle vetorial, e a tÃcnica PLLcomo mÃtodo de sincronismo. SÃo desenvolvidas equaÃÃes para a determinaÃÃo das perdas do conversor, as quais podem ser aplicadas a diversas tÃcnicas de modulaÃÃo PWM. TrÃs tÃcnicas sÃo apresentadas: modulaÃÃo PD; modulaÃÃo com injeÃÃo de terceiro harmÃnico (THIPWM); e modulaÃÃo vetorial baseada em portadora (CB-SVPWM). Toda a modelagem do sistema à apresentada, bem como um exemplo de projeto para um sistema de 6 kW.SÃo realizadas simulaÃÃes computacionaispara diferentes estudos de caso, validando o projeto do conversor e a modelagem desenvolvida. A resposta Ãs dinÃmicas do sistema à satisfatÃria, sendo o conversor capaz de controlar o fluxo de potÃncia ativa (com fator de potÃncia uniÃrio) e reativa entregues à rede.
This work deals with the study of a three-level inverter with Neutral Point Clamped (NPC), proposed for the interconnection of energy conversion systems to the grid. In order to accomplish a complete study, an inductive filter L is proposed, as well as vector control techniques and a PLL synchronization method. Equations are developed for the determination of the losses of the converter, which can be applied to various PWM techniques. Three Modulation techniques are presented: Phase Disposition modulation(PD), modulation with injection of the third harmonic (THIPWM) and carrier-based space vector modulation (SVPWM-CB). The complete modeling system is presented, as well as an example for designing a system of 6 kW. Numerical simulations are performed for different study cases, validating the converter design and modeling developed. The simulation results show that the proposed NPC converter is fully satisfactory, the converter being able to control the active (unity power factor) and reactive power flow delivered to the grid.

Este trabalho apresenta a avaliação dos impactos elétricos da inserção da geração distribuída de sistemas fotovoltaicos conectados à rede de distribuição em baixa tensão, com a finalidade de identificar os impactos e demonstrar que estes podem ser controlados. O estudo consistiu de uma avaliação teórica e de um estudo de caso da inserção da geração fotovoltaica considerando aspectos da qualidade de energia da rede, curva de carga resultante, vida útil de transformadores e gestão ativa da demanda. Os resultados mostraram que a inserção da geração fotovoltaica na rede de baixa tensão altera a curva de carga da unidade consumidora, mas que essas alterações podem ser controladas pela gestão ativa da demanda utilizando armazenamento de energia. Os resultados também mostraram que a geração fotovoltaica também afeta a tensão e o fator de potência da unidade consumidora, mas que essas alterações podem ser controladas pela produção de potência reativa pelo inversor. Além disso, verificou- se que a geração fotovoltaica não afetou a distorção harmônica de tensão da rede e que aumentou a vida útil do transformador.
This work presents the evaluation of grid connected photovoltaic systems\' impact on low voltage electrical grid, in order to identify the impacts and demonstrate that it can be controlled. The study consisted of a theoretical evaluation and of a case study of photovoltaic generation inclusion considering aspects of grid power quality, resulting load curve, lifespan of transformers and demand side management. The results showed that the inclusion of photovoltaic generation in low voltage network changes the load curve of the consumer unit, but these changes can be controlled by demand side management using energy storage. The results also showed that the photovoltaic generation also affects the voltage and the power factor of the consumer unit, but these changes can be controlled by the production of reactive power by the inverter. Furthermore, it was found that the photovoltaic generation does not affect the voltage harmonic distortion of the mains and it increases the lifespan of the transformer.

No Brasil, quando uma unidade consumidora (UC) sob regime de microgeração ou de minigeração distribuída tem parte ou a totalidade da sua demanda por potência ativa suprida pela planta geradora, mas sua demanda por potência reativa é atendida exclusivamente pela rede elétrica, verifica-se uma aparente deterioração do fator de potência dessa UC, sob a ótica da concessionária. Esse efeito decorre do fato de que o fator de potência, de acordo com a regulamentação vigente, é determinado apenas a partir das medições dos fluxos de potência ativa e reativa trocados entre a UC e a rede elétrica e não também entre a planta geradora e UC. Para consumidores do Grupo A (tensão de fornecimento igual ou superior a 2,3 kV) nessa situação, de acordo com o perfil da carga, pode haver cobrança por excedentes de reativos, constituindo-se assim uma barreira. Especificamente no caso de sistemas fotovoltaicos conectados à rede, existe a possibilidade de se utilizar os próprios inversores c.c.-c.a para suprir a demanda de reativos da UC e, dessa forma, minimizar o problema apresentado. Com o objetivo de se avaliar essa alternativa no contexto brasileiro, tendo-se em vista condições reais de operação e os limites normativos de injeção de potência reativa para inversores de sistemas fotovoltaicos, foi realizado um estudo de caso de uma planta fotovoltaica instalada no telhado do prédio da Administração do Instituto de Energia e Ambiente da Universidade de São Paulo. O estudo mostrou que a compensação realizada por meio do inversor selecionado evitou a cobrança de excedentes de reativos sem afetar de forma significativa a produtividade do sistema fotovoltaico. Do ponto de vista elétrico, verificou-se que a injeção de reativos pelo inversor não provocou variações significativas de tensão no ponto de acoplamento ou no alimentador e, ainda, se verificou considerável liberação de capacidade do sistema supridor da concessionária. Dessa forma, a análise dos resultados indica uma tendência a se considerar a compensação de reativos proporcionada pelo próprio inversor a opção mais viável para se lidar com os excedentes de reativos, comparativamente a métodos convencionais de compensação ou à situação em que nenhuma ação compensatória seja implementada.
In Brazil, when a consumer unit (CU) under a distributed microgeneration or minigeneration scheme has part or all of its demand for active power supplied by the generating plant, but its demand for reactive power is served exclusively by the grid, the power factor of this CU appears deteriorated, from the perspective of the utility. This effect is due to the fact the power factor, according to the current regulations, is determined only from measurements of the flows of active and reactive power exchanged between the UC and the grid and not also between the generating plant and UC. Users of group A (supply voltage equal to or greater than 2.3 kV) in this situation, according to the CU load profile, may be charged due the reactive power excess, thus constituting a barrier. Specifically in the case of grid-connected photovoltaic systems, there is the possibility of using the d.c.- a.c. inverters to suply the CU reactive power demand and, thus, minimizing the presented problem. In order to evaluate this alternative in the Brazilian context, keeping in view real operating conditions and regulatory limits for the reactive power injection for photovoltaic inverters, we conducted a case study with a photovoltaic plant installed on the roof of the University of São Paulo Institute for Energy and Environment administration building. The study showed that the compensation performed by the selected inverter prevented the reactive power excess charging without affecting significantly the photovoltaic system productivity. From an electrical point of view, it was found that the injection of reactive power by the inverter did not cause significant voltage variations at the coupling point or at the transformer and, additionally, there was a significant release in the utility suply system capacity. Thus, the analysis results indicates a tendency to consider the compensation provided by the inverter itself the most viable option for dealing with the surplus of reactive power compared to conventional compensation methods or to the situation in which no compensatory action is implemented.

Neste trabalho, são avaliadas diferentes configurações de sistemas fotovoltaicos, levando em consideração os principais tipos de módulos fotovoltaicos comercialmente disponíveis e estruturas de suporte. A comparação é delimitada na região Nordeste do Brasil e é baseada, fundamentalmente, em termos de fator de capacidade. Para uma melhor compreensão dos resultados, são mostradas, previamente, as influências que as variáveis meteorológicas exercem na saída do sistema, bem como os efeitos do fator de dimensionamento do inversor (FDI) e do índice de cobertura do terreno (ICT). Os resultados das simulações computacionais realizadas são apresentados em forma de mapas, nos quais é possível verificar as áreas em que os sistemas fotovoltaicos tendem a gerar mais energia elétrica. Entre as configurações estudadas, os maiores valores foram observados para sistemas que utilizam módulos genéricos de filmes finos montados em rastreadores solares de um eixo horizontal, chegando a 36 % de fator de capacidade (em corrente alternada) em algumas regiões do Ceará, Rio Grande do Norte, Paraíba, Pernambuco e Bahia. Além disso, foram evidenciados os ganhos obtidos nos fatores de capacidade ao substituir as estruturas fixas por rastreadores solares. Para um ICT de 0,4, os sistemas que realizam o seguimento, ainda que em um eixo do movimento aparente do Sol, apresentaram ganhos de 18 % a 28 % na energia elétrica anual gerada.
In this work, different configurations of photovoltaic systems are evaluated, considering the main type of commercially available photovoltaic modules and mounting structures. The comparison is delimited to the Northeastern region of Brazil and is based, fundamentally, in terms of capacity factor. The influence on the output of the system of meteorological variables, the inverter loading ratio (ILR 1/FDI) and ground coverage ratio (GCR ICT) are shown in advance for a better understanding of the results. Computational simulations results are presented in maps, in which it is possible to verify the areas where photovoltaic systems tend to generate more electricity. Among the studied configurations, the largest values were observed for systems that use generic thin film modules mounted on one axis horizontal solar trackers, reaching 36 % of capacity factor (in alternating current) in some regions of Ceará, Rio Grande do Norte, Paraíba, Pernambuco and Bahia. Additionally, the gains obtained in the capacity factors when replacing fixed structures by solar trackers were shown. For an GCR of 0.4, systems that track, even on one axis, the apparent motion of the Sun showed gains of 18 % to 28 % on annual generated electricity.

U ovoj doktorskoj disertaciji razvijena je tehnika upravljanja zapretvarač energetske elektronike pri nesimetričnim naponskimprilikama u elektroenergetskom sistemu. Kao što je pokazano,primenom tehnike poništavanja signala kašnjenjem moguće jeizdvajanje komponenti struje inverznog redosleda i njihovopotpuno poništenje, što će omogućiti pouzdanu kontrolukomponenti struje direktnog redosleda upotrebom klasičnihtehnika upraljanja, uz adekvatno unapređenje tehnike zasinhronizaciju sa vektorskim reprezentom napona. Predloženaje i upotreba algoritama za poboljšanje parametara kvalitetaelektrične energije bez dodatnih pasivnih elemenata.
This PhD thesis presents an improved control technique for gridconnected converter under asymmetrical voltages at the point ofcommon coupling. As presented, using delay signal cancellationtechnique it is possible to differentiate and completely mitigate thenegative sequence current, offering the possibility of reliable positivesequence current control using classical control algorithms. Theimprovements made in synchronization offered adequatephase angle estimation under voltage asymmetry. Furthermore, atechnique for the improvement of power quality indices withoutpassive elements between the grid and

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico
A necessidade de obter uma matriz energÃtica menos poluente e em harmonia com o meio ambiente à um tÃpico muito importante no sÃculo XXI. Este trabalho apresenta um conversor cc-ca de dois estÃgios para injetar a energia de um arranjo de painÃis fotovoltaicos à rede elÃtrica. O primeiro estÃgio à um conversor elevador, isolado, baseado na CÃlula de ComutaÃÃo de TrÃs Estados (CCTE), responsÃvel por elevar a tensÃo dos painÃis fotovoltaicos de 48 Vcc para 400 Vcc e de extrair a mÃxima potÃncia disponÃvel deles. O segundo estÃgio consiste em um conversor monofÃsico cc-ca, ponte completa, responsÃvel por injetar a energia na rede elÃtrica de baixa tensÃo (220 Vca, 60 Hz). SÃo apresentados estudos teÃricos e exemplos de projeto dos circuitos de potÃncia e controle para ambos os estÃgios e, com o objetivo de validar a anÃlise, sÃo apresentados resultados de simulaÃÃo computacional, complementados com resultados experimentais, correspondentes a um protÃtipo de laboratÃrio de 850 W. O rendimento global obtido experimentalmente à aproximadamente 86,5% enquanto que a distorÃÃo harmÃnica total da corrente entregue à rede elÃtrica obtida via simulaÃÃo computacional à 3,8% a plena carga.
In the 21st century, the need of a more clean and environment friendly power matrix has become a very important issue. Therefore this work presents a two stage cc-ac converter for connecting a photovoltaic array to the electrical grid. The 1st stage itâs an isolated boost converter, based in the Three Stage Switching Cell (TSSC), in charge of boosting the photovoltaic array voltage from 48 Vcc to 400 Vcc and to track its maximum power point. The 2nd stage is a single-phase cc-ac Full-Bridge converter responsible of injecting the photovoltaic power into the low voltage power grid (220 Vac, 60 Hz). Both, theoretical analysis and designs examples of power and control circuits are presented for the two stages and, in order to validate the analysis, simulation results complemented with experimental results from an 850 W laboratory prototype are presented. The overall efficiency obtained from the prototype was 86.5% while the total harmonic distortion of the current obtained via simulation was 3.8% at full load.

Inversores de sistemas fotovoltaicos são equipamentos de eletrônica de potência que fornecem energia elétrica em corrente alternada (CA) a partir de uma fonte de energia elétrica em corrente contínua (CC), no caso, os módulos fotovoltaicos. Estes inversores quando em operação aumentam sua temperatura. Este aumento de temperatura é indesejável, porém é inerente ao seu funcionamento. Equipamentos eletrônicos possuem um limite seguro de temperatura de operação, acima do qual podem ocorrer instabilidades de operação, redução da vida útil ou até mesmo falha drástica. O conhecimento da eficiência de conversão elétrica e das perdas responsáveis pelo aquecimento é importante para o adequado dimensionamento de inversores quando aplicados em sistemas fotovoltaicos conectados à rede, assim como para o desenvolvimento do inversor como produto. Para proteção, para aumento da vida útil, para maior confiabilidade, para maior estabilidade e para maior segurança de operação de componentes, inversores possuem rotinas em seus algoritmos de controle com estratégias automatizadas dedicadas ao gerenciamento térmico. Estas rotinas de proteção e gerenciamento térmico, sempre quando acionadas, tendem a reduzir a capacidade de conversão de potência do inversor, seja pelo acionamento de um ventilador auxiliar, seja pelo deslocamento do ponto de operação em máxima potência. Fabricantes de inversores tratam deste assunto pelo termo “temperature derating” (em inglês) Esta tese apresenta um estudo relacionado a influência da temperatura sobre o desempenho de inversores fotovoltaicos conectados à rede. Avalia tipos de estratégias de gerenciamento térmico e proteção de uso corrente em inversores comerciais. Apresenta resultados de ensaios experimentais para determinação de parâmetros térmicos característicos dos inversores. Descreve um modelo preditivo da temperatura de operação em regime transiente. A partir da determinação experimental de parâmetros térmicos, o modelo preditivo de temperatura de operação foi implementado no software de simulação dinâmica para dimensionamento e avaliação de sistemas fotovoltaicos FVCONECT, desenvolvido no LABSOL/UFRGS, estando o mesmo apto para simular a operação e estimar perdas anuais de desempenho energético decorrentes das rotinas de gerenciamento térmico, dos seus efeitos e das limitações impostas durante a operação de inversores fotovoltaicos conectados à rede. Um dos resultados da simulação é a evolução da temperatura do inversor, permitindo avaliar a frequência e amplitude dos ciclos térmicos ao qual o inversor é submetido e, consequentemente, determinar uma estimativa para durabilidade do inversor.
Photovoltaic inverters are electronic power devices that provide electrical energy in alternating current (AC) from a source of electrical energy in direct current (DC) - a photovoltaic generator, in this case. Inverters increase their temperature when in operation. This rise in temperature is not desirable, but inherent to its operation. Any electronic equipment has a safe operating temperature limit. When this limit is surpassed, operating instability, life reduction or even drastic failure may occur. The knowledge of the electrical conversion efficiency and the losses responsible for the heating is important for the proper sizing of grid-tie inverters in photovoltaic systems, as well as for the development of the inverter as a product. In order to increase the useful life of the device and its components, for greater reliability, safety, stability and security of operation, inverters have routines in their algorithms of control with automated strategies dedicated to the thermal management. These protection and thermal management routines, whenever activated, tend to reduce the power conversion capacity of the inverter, either by the activation of an auxiliary fan or by the displacement of the operating point at maximum power. Inverter manufacturers address this issue by the term "temperature derating". This thesis presents a methodology to evaluate the influence of the performance of different strategies to avoid excessive temperature of the inverter components on its performance and durability It is also made an evaluation of different thermal management strategies and protection used in commercial inverters. Results of experimental tests for determination of thermal parameters characteristic of the inverters are presented. A predictive model of transient operating inverter temperature is also described. From the experimental determination of thermal parameters, the predictive model of operating temperature was implemented to the FVCONECT, a dynamic simulation software for sizing and evaluation of photovoltaic systems developed in LABSOL / UFRGS. With this modification, the software was able to simulate the operation and estimate losses of energy due to the thermal management routines, their effects and the limitations imposed during the operation of grid-tie inverters. One of the results of the simulation is the evolution of the inverter temperature, allowing to evaluate the frequency and amplitude of thermal cycles to which the inverter is subjected and, as a consequence, an estimate of durability of the inverter.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-09-21T17:33:46Z No. of bitstreams: 1 viniciussobreiralacerda.pdf: 3531215 bytes, checksum: 422eca8f67f53625eceb5e46317386f9 (MD5)
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FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais
Este trabalho aborda a análise, a modelagem matemática, o projeto e a simulação computacional de um sistema monofásico de aproveitamento fotovoltaico (PV) nãoisolado conectado à rede elétrica, em que se pretende sintetizar uma corrente de baixa distorção harmônica mantendo-se o ponto de máxima potência dos painéis. São avaliadas duas estruturas conversoras equivalentes, uma com dois estágios de processamento de energia e outra com apenas um estágio. Ambas as estruturas desempenham o papel de converter a energia CC dos painéis fotovoltaicos em energia CA, sob a forma de corrente elétrica de baixa distorção injetada na rede. Uma revisão sucinta dos modelos matemáticos de representação do comportamento termo-fotoelétrico do painel fotovoltaico (ou conjunto de painéis) é realizada, resultando na adaptação de uma das alternativas na forma de modelo numérico adaptado à ferramenta computacional PSIM. Algumas alternativas monofásicas de conversão CC-CA são elencadas neste trabalho, com destaque para o número de estágios de conversores, característica de isolamento e qualidade da energia injetada. Como base nesta análise, propõe-se um sistema composto por um conversor CCCC tipo buck operando em modo de condução contínua em alta frequência, em cascata com um inversor fonte de corrente (CSI) acionado na frequência da rede, para realização do aproveitamento fotovoltaico desejado. Amparado por ferramentas de integração de estágios de conversores, percebe-se que o conjunto de dois estágios pode ser arranjado em uma única etapa conversora baseada no inversor fonte de tensão (VSI). Ambas as propostas são modeladas, projetadas e simuladas no PSIM. A descrição teórico-matemática da planta PV, incluindo suas malhas de controle, é realizada. Com propósito de validação das concepções teóricas, tais sistemas são simulados, inicialmente, empregando-se elementos idealizadores e, em segundo momento, adotando-se um arranjo que inclui alguns componentes parasitas, sensores em escala real e o subcircuito do integrado UC3854. Os resultados numéricos, realizados para variações da irradiação solar e perturbações na tensão da rede, confirmam que o conceito proposto é factível, resultando em uma alternativa simples, compacta e possivelmente de baixo custo.
This work deals with the analysis, mathematical modeling, design and computer simulation of a single phase non-isolated photovoltaic (PV) system, which is connected to the electrical grid and is controlled to synthesize a low harmonic current while keeps the maximum power point of the panels. Two structures are evaluated, one with two stages of processing power and another with a single stage. Both structures converts DC power from solar panels into AC power, in the form of a low distortion electrical current to be injected into the grid. A brief review of PV panel mathematical models is performed, resulting in the adaptation of one alternative in the form of a numerical model oriented to the computational tool PSIM. Moreover, some alternatives to single-phase DC-AC conversion are listed in this work, highlighting the number of stages of inverters, isolation characteristic and quality of the power injected. To support this analysis, a two-stage system has been firstly studied, which is constituted of a buck converter operating in continuous conduction mode at high frequency, cascaded with a current source inverter (CSI) which works in the frequency of the grid. Using the integration of stages theory, the two stage system can be arranged into a single stage converter based on a voltage source inverter (VSI). Both proposals are modeled, designed and simulated in PSIM program. The theoretical and mathematical description of the PV plant, including its control loops, is presented. With the purpose of validation of the theoretical concepts, such systems are simulated, initially, using idealized elements, and then, adopting an arrangement that includes some parasitic components, sensors and full-scale integrated subcircuit of UC3854. The numerical results carried out for changes in solar radiation and mains voltage sags/swells, confirm that the proposed concept is feasible, resulting in a simple, compact and potentially low cost.

Submitted by Maicon Juliano Schmidt (maicons) on 2015-07-13T18:32:37Z No. of bitstreams: 1 Miguel Francisco da Silveira.pdf: 1561110 bytes, checksum: dcb1486a17c6616e1fcf6803ce1272ec (MD5)
Made available in DSpace on 2015-07-13T18:32:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Miguel Francisco da Silveira.pdf: 1561110 bytes, checksum: dcb1486a17c6616e1fcf6803ce1272ec (MD5) Previous issue date: 2013-01-31
Milton Valente
UNISINOS - Universidade do Vale do Rio dos Sinos
Muito tem se falado sobre o uso de fontes alternativas de energia e do uso de pequenas fontes em geração distribuída (GD), especialmente com a nova legislação brasileira que agora considera esta possibilidade. O aproveitamento da energia solar vem crescendo ao longo dos últimos anos, tanto através de seu uso como fonte térmica, quanto através da geração fotovoltaica, baseado no baixo impacto ambiental desta fonte de energia. Este trabalho tem por objetivo estudar o impacto da geração distribuída no sistema de distribuição de energia elétrica pelo uso de geradores fotovoltaicos conectados diretamente à rede de distribuição. O estudo é realizado em regime permanente, sob o ponto de vista elétrico, em um alimentador específico, considerando curvas típicas propostas para dias ensolarados e encobertos. Para esta análise foi utilizada uma base de dados de um ano, com dados de irradiância e de temperatura do ar ambiente coletados na cidade de Porto Alegre - RS entre Julho de 2004 e Junho de 2005. Esta base de dados serviu para estabelecer as curvas típicas de geração de um dia ensolarado e de um dia encoberto, através de uma metodologia desenvolvida. Com o uso destas curvas típicas foi definido o padrão de geração fotovoltaica em um dia ensolarado e em um dia encoberto. Após a definição deste padrão de geração foi possível analisar o impacto em um alimentador específico, localizado na cidade de Viamão - RS. A análise do impacto na rede considerou a influência que a geração distribuída ocasiona nos níveis de tensão nos diferentes nós ao longo do alimentador. Foi considerada uma penetração de 20% de GD, em dois diferentes horários para um dia ensolarado e para um dia encoberto. A potência gerada foi normalizada em relação à potência consumida nos diferentes pontos do alimentador. Os impactos observados na rede de distribuição não foram relevantes, entretanto a geração fotovoltaica contribuiu levemente para a melhora em alguns níveis de tensão que estavam na faixa crítica, em alguns cenários analisados.
Alternative sources of energy and distributed generation (DG) are current subjects, especially in Brazil where the regulations had just changed and now the possibility of DG and compensation of energy can be considered. The use of solar energy has been increased along the last years, thus as a heat source or as photovoltaic (PV) generation, based mainly on the low environmental impact of this energy source. This essay aims to study the impact of distributed generation in the electrical energy distribution system caused by the use of photovoltaic generators connected straight to the distribution grid. The study is done in steady state condition, in a specific feeder, considering typical curves proposed for sunny and cloudy days. A data base of irradiance and temperature of air ambient of one year had been used for this analysis. The data had been collected in the city of Porto Alegre – RS – Brazil, from July 2004 to June 2005. This data base was used to establish the generation typical curves of sunny and cloudy days through a methodology developed. The photovoltaic generation standards for sunny and cloud days had been defined by the use of these typical curves. With these standards were possible to analysis the impact in a specific feeder, located in the city of Viamão – RS – Brazil. The analysis of the impact in the grid considered the influence of distributed generation could cause on voltage levels at different bars along the feeder. It had been considered a penetration of DG of 20%, in two different hourly times for each day, sunny and cloudy typical curves. The power generated had been normalized related to the power consumed in different points of the feeder. The impact observed in the distribution grid is not relevant. However, the distribution generation did contribute to slightly raise some voltage levels that are already among the critical zone, in some of the sets analysed.

Este trabalho caracteriza a Geração Distribuída de eletricidade, no Brasil, por meio de Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede (SFCR), a partir de aspectos técnicos, econômicos e regulatórios. O país possui, atualmente, 35 SFCR em operação, totalizando uma potência instalada de 161,32 kWp. A maior parte dessa potência se encontra nas Regiões Sul e Sudeste e foi implementada por universidades, centros de pesquisa e concessionárias de energia elétrica, com uma pequena participação da iniciativa privada. Foi calculado o custo de geração, a partir da energia solar, utilizando-se SFCR, para dezesseis localidades estrategicamente selecionadas. Esse valor varia em função da maior ou menor disponibilidade do recurso solar e da taxa de desconto adotada, tendo sido encontrado o valor médio de US$ 0,56 /kWh, cerca de 2,1 vezes maior que a tarifa residencial média nas mesmas cidades. Argumentando-se que a tarifa convencional tende a crescer nos próximos anos, pressionada pelo descompasso entre oferta e demanda, e que o custo de geração fotovoltaico tende a diminuir, no mesmo período, devido a ganhos de produtividade no processo de fabricação de componentes fotovoltaicos, elaborou-se um modelo matemático para prever o momento em que esses dois indicadores equiparar-se-ão. Verificou-se que o tempo médio de equiparação será de 7 anos, podendo ser menor que 5,0 anos em localidades onde a tarifa é mais cara que a média nacional e a irradiação média anual é superior à verificada no restante do país. Por fim, o trabalho analisa o enquadramento que a legislação faz dos geradores fotovoltaicos interligados à rede pública de distribuição, apontando os pontos favoráveis e os entraves legais à disseminação dos SFCR.
This work characterizes the Distributed Generation of electricity from Grid-Connected Photovoltaic Systems (GCPS) in Brazil, according to technical, economic and regulatory aspects. The country currently has 35 GCPS in operation, totaling an installed power of 161.32 kWp. Most of this power is in the South and Southeast and has been implemented by universities, research centers and electric power utilities, with a small participation of private initiative. The solar energy generation cost from GCPS was calculated for sixteen strategically selected localities. This value varies varies according to the greater or minor availability of the solar resource and the adopted discounting rate. The average value found was 0.56 US$ /kWh, about 2,1 times bigger than the average residential tariff in the same cities. Arguing that the conventional tariff tends to grow in coming years, pressed by the imbalance between supply and demand, and that the cost of photovoltaic generation tends to decrease over the same period due to productivity gains in the manufacturing process of photovoltaic components, a mathematical model was developed to predict the time that these two indicators will be equal. It was found that the average time of equalization will be 7.0 years and may be less than 5.0 years in locations where the conventional energy is more expensive than the national average and average annual irradiation is higher than that in the rest of the country. Finally, this work presents how the Brazilian legislation deals with the photovoltaic generators connected to the public distribution network, showing the points for and legal obstacles to the dissemination of GCPS.

No presente trabalho é feita uma descrição e análise dos componentes principais que constituem os sistemas fotovoltaicos autónomos e ligados à rede. Foram também sistematizados os passos que, no seu conjunto, constituem uma metodologia adequada para efectuar o dimensionamento de ambos os tipos de sistemas fotovoltaicos. Com base na metodologia identificada foi desenvolvida uma aplicação computacional em linguagem Hypertext Preprocessor (PHP) para a Internet, a qual foi utilizada em dois casos de estudo: Dimensionamento de um sistema fotovoltaico autónomo e de um sistema fotovoltaico ligado à rede. In this work, the main components of photovoltaic systems both stand alone and grid connected, are described and analysed. It was also presented the sequence of the main tasks, which constitutes a methodology suitable to carry out the sizing procedure of both stand-alone and grid connected photovoltaic systems. Based on this methodology, a computational application was developed under Hypertext Preprocessor (PHP) language for the Internet, which was used on two study cases: Sizing of a stand-alone photovoltaic system and grid connected photovoltaic system.

Os inversores utilizados no sistema fotovoltaico conectados à rede (SFCR) devem apresentar uma forma de onda senoidal nos seus terminais de saída. Monitoram regularmente a qualidade de energia da rede elétrica aos quais estão conectados, de maneira a só gerarem energia se a rede estiver com tensão. Dependendo do inversor, da potência que ele está desenvolvendo em relação à sua potência nominal, da rede ao qual está conectado e das características da carga que ele alimentará, podem ser apresentadas distorções na rede de energia em relação à forma de onda senoidal pura, tanto a nível de tensão como a nível de corrente elétrica. Não é incomum os dispositivos que são conectados a redes apresentarem-se como geradores de harmônicos, principalmente os eletrônicos. Estas distorções, conhecidas na literatura como distorções harmônicas, afetam o desempenho dos inversores quando ligados a redes elétricas. Nestas redes, como pode haver distorções significativas. Os parâmetros elétricos que os inversores se baseiam para obter as características da rede a qual estão conectados,devido a estas distorções, podem fazer com que os mesmos se desconectem. O inversor também se desconectará automaticamente da rede ao perceber a ocorrência de variação acentuada da rede ou a falta dela; a esse sistema, dá-se a denominação antiilhamento. Portanto, é de bastante importância que se consiga reproduzir teoricamente o comportamento das cargas e das redes elétricas, nas quais os inversores serão conectados para que seja possível estudá-los quando interligados às diferentes cargas. Entretanto, devido ao inversor ser também um equipamento eletrônico baseado em fonte chaveada para “remontar” a onda senoidal, o mesmo também acaba introduzindo uma deformação tanto na tensão como na corrente da rede elétrica ao qual está conectado, e esta deformação é também significativa em SFCR de grande porte (instalação de geração fotovoltaica com grande número de inversores). Assim, este trabalho visa implementar a modelagem de cargas não lineares (degradadoras da qualidade de energia) para serem aplicadas em simulações de inversores de SFCR, com aplicação especial no parâmetro “cargas” do programa para computadores FVCONECT desenvolvido pelo Laboratório de Energia Solar da Universidade Federal do Rio Grande do Sul.
It is known that the inverters used in photovoltaic systems connected to mains power (SFCR), when connected to the power grid, should provide a sinusoidal waveform at its output terminals. The photovoltaic systems inverters regularly monitor the power grid quality they are connected to, so they generate power only if the grid of the Concessionaire or external power grid presents voltage. Depending on the inverter, on the power that it develops over the same rated power, on the power grid it is connected to and on the characteristics of the load that it also feeds, it is possible to occur certain distortions on the power grid compared to pure sine waveform, in terms of voltage or even in terms of electric current. The devices connected to grid commonly present themselves as harmonic generators. The loads cause large distortions in the power grid causing disorders occur both voltage and current in a distribution line or power circuit. These distortions, commented in the literature as harmonic distortions, greatly affect the inverters performance when connected to power grids. On these grids, as it is possible to identify significant distortions, the parameters for pairing the power grid, in which the inverters are based, can turn them into disconnection. The inverter automatically disconnects from the grid if for some reason the grid stops powering the power grid - such system is called anti-islanding. Therefore, it is important to theoretically reproduce the behavior of power grids which the inverters are connected to, in order to study them. However, due to the fact that the inverter is also a switched source-based electronic equipment to "reassemble" the sine wave, it provides a deformation not only on the voltage but also on the power grid current which it is connected to, being this deformation also significant in large SFCR (photovoltaic generation facility with large numbers of inverters). In this sense, the present work aims to implement the modeling of nonlinear loads (which can degrade the power quality) in SFCR inverters simulations, based on the special application of loads parameters from the FVCONECT software, developed by the Solar Energy Laboratory, Federal University of Rio Grande do Sul.

Submitted by JOSIANE SANTOS DE OLIVEIRA (josianeso) on 2017-07-10T14:32:15Z No. of bitstreams: 1 Luís Rodrigo Becker_.pdf: 4479543 bytes, checksum: 3a9259e64d112cb88c2414eb122552e9 (MD5)
Made available in DSpace on 2017-07-10T14:32:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Luís Rodrigo Becker_.pdf: 4479543 bytes, checksum: 3a9259e64d112cb88c2414eb122552e9 (MD5) Previous issue date: 2017-03-27
CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
PROSUP - Programa de Suporte à Pós-Gradução de Instituições de Ensino Particulares
Este trabalho apresenta uma análise experimental de uma microrrede fotovoltaica formada por dois subsistemas, um isolado com estocagem e outro conectado à rede. Foi verificado o seu comportamento, sua capacidade no fornecimento de energia para uma carga isolada e rede da concessionária, monitorado a qualidade da energia elétrica entregue à diferentes cargas e rede da concessionária e também quantificado os índices de performance do sistema conectado. O subsistema conectado à rede (SFCR) é formado por um painel de 1080 Wp de silício multicristalino e um inversor c.c./c.a. de 1200 W. O subsistema isolado de back-up (SFI-b) é formado por um painel de 600 Wp de silício monocristalino, controlador de carga, banco de estocagem com baterias chumbo-ácido 24 V / 210 Ah e um inversor off-grid c.c./c.a. de 1000 W. O comportamento e a capacidade do sistema são monitorados durante o atendimento de uma carga, representada por um refrigerador. A qualidade da energia é analisada através de medições de energia ativa, reativa e aparente, fator de potência e geração de correntes harmônicas pelos inversores. O SFI-b é monitorado atendendo diferentes tipos e regimes de cargas. Já o SFCR é monitorado em dias de céu claro, parcialmente encobertos e encobertos. Os índices de performance são calculados em dias de céu claro e parcialmente encoberto ao longo dos seis primeiros meses de 2016. Os resultados demonstram que o SFI-b é capaz de atender a carga de forma confiável, comutando-a automaticamente para a concessionária quando o banco de baterias atinge uma profundidade de descarga pré-definida, enquanto o SFCR injeta a energia produzida na rede da concessionária. Os indicadores de qualidade da energia do inversor do SFI-b mostraram-se adequados, permanecendo dentro dos limites citados na legislação e análogos aos apresentados pela rede da distribuidora local. Já o inversor do SFCR apresentou indicadores de qualidade de energia satisfatórios, também na maior parte do tempo dentro dos limites citados na legislação, exceto nos dias encobertos e períodos de baixa irradiância, constatando-se significativa geração de energia reativa e distorções harmônicas de corrente. Considerando a média entre dias de céu claro e parcialmente encoberto, a eficiência média global do SFCR é de 9,9% e a energia média diária entregue à rede é de 4,7 kWh. Foi verificado que a qualidade da energia produzida pelo SFI-b praticamente independe da irradiância, já o SFCR depende diretamente da irradiância e do nível de carregamento do inversor, na geração de uma energia de qualidade.
This work presents an experimental analysis of a photovoltaic micro-grid formed by two subsystems, one off-grid with storage and another grid-connected. It is intended to verify its operation, its capacity to supply power to an isolated charge and electric utility grid, to monitor the quality of the electric power delivered to different charges and the electric grid power, and also to quantify the performance indexes of the connected system. The grid-connected subsystem (SFCR) consists of a panel of 1080 Wp of multicrystalline silicon and a DC/AC. inverter of 1200 W. The off-grid subsystem of back-up (SFI-b) consists of a 600 Wp monocrystalline silicon panel, charge controller, lead-acid battery storage bench 24 V / 210 Ah, and a DC/AC inverter of 1000 W. The operation and capacity of the system are monitored during the supply of a charge, represented by a refrigerator. The quality of the energy is analyzed through measurements of active, reactive and apparent energy, power factor and generation of harmonic currents by the inverters. SFI-b is monitored for different types and charges regimes, and SFCR is monitored on clear sky, partially and totally cloudy days. Performance indexes are calculated on clear sky and partly cloudy days over the first six months of 2016. The results demonstrate that the SFI-b is capable of servicing the charge reliably, switching it automatically to the utility grid when the batteries bank reaches a predetermined discharge depth, while the SFCR injects the power produced in power line grid. The energy quality indicators of the SFI-b inverter were adequate, staying inside the limits mentioned in the legislation, and analogous to those presented by the power line grid of the local distributor. The SFCR inverter presented satisfactory energy quality indicators, also in most of the time inside the limits mentioned in the legislation, except for the cloudy days and periods of low irradiance, showing significant reactive energy generation and current harmonic distortions. Considering the average between clear and partially cloudy days, the global average efficiency of SFCR is 9,9%, and the average daily energy injected on the grid is 4,7 kWh. It was verified that the quality of the energy produced by the SFI-b practically independent of the irradiance, but the SFCR depends directly on the irradiance and the load level of the inverter, in the quality energy generation.

Os sistemas fotovoltaicos conectados à rede convertem diretamente a energia solar em energia elétrica entregando à rede elétrica de distribuição uma energia limpa e renovável. Esses sistemas são formados basicamente por um conjunto de módulos fotovoltaicos e inversores que são responsáveis por converterem energia elétrica em corrente contínua em energia elétrica em corrente alternada. Esta Tese apresenta um estudo de características elétricas e térmicas de inversores utilizados em sistemas conectados à rede a partir de uma análise teórica e experimental. Os ensaios de inversores foram realizados em duas etapas: a primeira etapa foi desenvolvida no Laboratório de Energia Solar (Labsol) da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) onde foi utilizado um sistema fotovoltaico de 4,8 kWP e dez modelos de inversores de diferentes fabricantes. As características elétricas de inversores que foram medidas e analisadas são: eficiência de conversão de corrente contínua em corrente alternada, eficiência do seguidor do ponto de máxima potência, fator de potência e distorção harmônica na corrente e na tensão. Ensaios térmicos de inversores também foram realizados e os resultados apresentados e analisados. A segunda etapa dos ensaios foi desenvolvida no Laboratório de Energia Solar Fotovoltaica do Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) na Espanha onde foi utilizado um sistema fotovoltaico de 3 kWP e sete modelos de inversores de diferentes fabricantes. Os inversores ensaiados são monofásicos de potência até 5 kW e de diferentes topologias (transformador de alta freqüência, baixa freqüência e sem transformador). A influência da tensão CC de entrada no comportamento da eficiência CC/CA e do fator de potência foi analisada. Os resultados obtidos nos ensaios permitiram o desenvolvimento de modelos matemáticos que descrevem o comportamento elétrico e térmico de inversores. Os modelos matemáticos propostos foram inseridos em um programa de simulação computacional desenvolvido no Labsol da UFRGS, denominado FVConect. A evolução dos resultados da simulação comparada valida plenamente os modelos utilizados. A análise dos resultados do comportamento de inversores amplia o conhecimento sobre o funcionamento desses equipamentos e a sua interação dinâmica com os demais componentes de sistemas fotovoltaicos conectados à rede.
Grid-connected photovoltaic systems directly convert solar energy into electrical energy delivering to the distribution grid a clean and renewable energy. These systems are basically formed by an array of photovoltaic modules and inverters. The inverters are responsible for converting direct current to alternating current. This Thesis presents a study of electrical and thermal characteristics of inverters used in grid-connected photovoltaic systems from a theoretical and experimental analysis. The inverters tests were carried out in two stages: the first stage was performed at Solar Energy Laboratory at Federal University of Rio Grande do Sul where it was used a 4,8 KWP grid-connected photovoltaic system and ten inverters of different manufacturers. The proposed mathematical models were inserted into computer simulation software developed at UFRGS named FVConect. The evolution of the simulation results compared to the experimental results validates the proposed models. The analysis of the behavior of the inverters improves the understanding of the operating of such equipment and their dynamic interaction with other grid-connected photovoltaic system components.

Submitted by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2016-10-18T20:19:54Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Gabriel Mendonça de Paiva - 2016.pdf: 3565340 bytes, checksum: 6df5384c34ed001061350c147d523756 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5)
Approved for entry into archive by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2016-10-19T16:18:31Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Gabriel Mendonça de Paiva - 2016.pdf: 3565340 bytes, checksum: 6df5384c34ed001061350c147d523756 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5)
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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES
This study aimed to evaluate the design of a grid-connected photovoltaic (PV) system according to the positioning of the modules which compose the generator depending on tilt and azimuth angles in Goiânia, Goiás. In that purpose, a review of the literature was carried out concerning the main methods of inverter sizing ratio analysis applied to grid-connected PV systems. Starting from an hourly average climate measurement database from Goiania, an algorithm was developed to search for the ideal local inverter sizing ratio, considering the use of polycrystalline module technology. The parameters used in the analysis were provided by the manufacturers of the componentes used in the grid-connected PV system in installation at the Electrical, Mechanical and Computational Engineering School (EMC) from Federal University of Goias (UFG), which nominal power is 33.84 kWp. An inverter sizing ratio band of 0.54 to 0.77 was obtained for a -90° to +90° azimuth angle variation and 0° to 90° tilt angle variation. The potential of financial indicators improvement was verified and it was estimated a potential reduction in the levelized cost of energy above 10% comparing the inverter sizing ratio improved system to an unitary inverter sizing ratio system.
Este estudo tem como objetivo avaliar o dimensionamento de um sistema fotovoltaico conectado à rede (SFCR) de acordo com o posicionamento dos módulos que compõem o gerador quanto ao ângulo de inclinação e ao ângulo azimutal em Goiânia, Goiás. Para isso foi realizada uma revisão da literatura quanto às principais metodologias de análise do fator de dimensionamento do inversor (FDI) aplicado a SFCRs. A partir de uma base de dados em intervalos horários de medições climáticas de Goiânia desenvolveu-se um algoritmo para busca do FDI ideal para a localidade, considerando o uso de módulos de silício policristalino (p-Si). Os parâmetros utilizados na análise foram os parâmetros fornecidos pelos fabricantes dos componentes utilizados no SFCR em instalação da Escola de Engenharia Elétrica, Mecânica e de Computação (EMC) da Universidade Federal de Goiás (UFG), cuja potência nominal é de 33,84 kWp. Os métodos de análise do FDI foram comparados e foi considerado mais adequado neste estudo o método das perdas máximas anuais por limitação de potência no inversor. A faixa de FDI obtida para uma variação de -90° a +90° no ângulo azimutal e de 0° a 90° no ângulo de inclinação foi da ordem de 0,54 a 0,77. O potencial de aprimoramento de indicadores financeiros por meio do FDI foi verificado e foi estimada uma potencial redução acima de 10% do custo da energia produzida comparando o aperfeiçoamento do FDI com um FDI unitário.

Submitted by MARCOS GUTIERREZ ALVES null (mmarkos.alves@gmail.com) on 2017-10-18T17:25:15Z No. of bitstreams: 1 Marcos Gutierrez Alves - Tese.pdf: 10359243 bytes, checksum: 24da24ccb395d0581201cc49607f4bf6 (MD5)
Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-10-23T18:18:25Z (GMT) No. of bitstreams: 1 alves_mg_dr_ilha.pdf: 10359243 bytes, checksum: 24da24ccb395d0581201cc49607f4bf6 (MD5)
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Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
Frente aos novos desafios impostos ao cenário energético mundial, esta tese de doutorado implementa e analisa uma micro-rede de geração distribuída (GD), com acumulação e capacidade de operação conectada ou desconectada da rede de distribuição de energia elétrica (RDEE). A energia é fornecida à RDEE através de seis inversores monofásicos, constituindo uma rede trifásica, sendo três deles com capacidade de operação ilhada e conectada, e outros três com características de fonte de corrente que podem injetar energia de forma controlada, ativa ou reativa, no ponto de conexão comum (PCC). Através do sistema de acumulação com baterias do tipo chumbo-ácido, também é possível que o sistema minimize o consumo de energia da RDEE, mesmo quando não há energia solar, extraindo potência das baterias. Tendo em vista que a quase totalidade dos inversores utilizados em um sistema de GD fornecem somente potência ativa, ou trabalhem com fator de potência fixo, este trabalho também implementa o controle dinâmico de P e Q na micro-rede, atuando como compensador de tensão no PCC e promovendo melhorias na qualidade da energia elétrica. A micro-rede é gerenciada por um programa desenvolvido para o controle de todos os dispositivos essenciais presentes na GD, incluindo controle da carga e descarga do sistema de acumulação, controle dos contatores de conexão de todo o sistema, e controle do firmware dos inversores conectados, permitindo total liberdade de gestão da energia disponível, resultando numa importante ferramenta acadêmica de aprendizagem. Adicionalmente, a planta de GD é monitorada por meio de um programa de aquisição de dados do fluxo de energia elétrica que flui entre a GD e a RDEE, armazenando os dados relevantes em um banco de dados de informações para análises em longo prazo. É apresentada uma revisão bibliográfica para o cenário energético mundial e no Brasil, além das configurações de micro-rede com GD mais utilizadas no setor atualmente. O diagrama geral da micro-rede com GD é exposto, com descrição de cada equipamento e dimensionamento das fontes de energia solar. Finalmente, resultados experimentais e estruturas dos códigos são apresentados e discutidos.
Considering the new challenges imposed in the energetic scenario around the world, this PhD thesis implements and analyzes a micro-grid of Distributed Generation (DG) plant with accumulation and capability of operation connected or islanded from the electric power distribution grid. The system will supply power to the utility grid and local loads through six single-phase inverters, constituting a three-phase system, among which three are with capability to operate in islanded and connected mode, and the other three single-phase inverters with current source characteristic that can inject active or reactive power in a controlled manner at the point of common coupling (PCC). Through the accumulation system with lead-acid batteries technology, it is also possible that the system minimizes the utility grid consumption, though without solar energy. Given that most of the available inverters for DG are designed only to provide active power or to operate with a fixed power factor, this work, in the meantime, implements the dynamic control of the supplied active and reactive power (P and Q) in micro-grid, acting as a voltage compensator at the PCC to improve the quality of electric power. The micro-grid is managed by software designed to control and communicate with all essential devices in DG, including control of charge and discharge of the accumulation system, control of the whole system connection contactors, and the firmware control of grid connected inverters, which allow a wide control over the available energy and provide a significant academic studying platform. In addition, the energy flow between the DG and the utility grid is monitored through a power quality monitoring device, which is capable to send daily reports by email. In this way, a program was developed to store and recover all the relevant data in a database for the long-term analysis, compiling the results for easy interpretation. A literature review is presented for the world energy scenario, with more focus in Brazil, besides the micro-grid configurations with DG most used in the sector currently. This work also shows the general diagram of the micro-grid with DG describing the equipment and dimensioning the solar energy sources. Finally, it demonstrates and discusses experimental results and code structures.

Orientador: Carlos Alberto Canesin
Resumo: Frente aos novos desafios impostos ao cenário energético mundial, esta tese de doutorado implementa e analisa uma micro-rede de geração distribuída (GD), com acumulação e capacidade de operação conectada ou desconectada da rede de distribuição de energia elétrica (RDEE). A energia é fornecida à RDEE através de seis inversores monofásicos, constituindo uma rede trifásica, sendo três deles com capacidade de operação ilhada e conectada, e outros três com características de fonte de corrente que podem injetar energia de forma controlada, ativa ou reativa, no ponto de conexão comum (PCC). Através do sistema de acumulação com baterias do tipo chumbo-ácido, também é possível que o sistema minimize o consumo de energia da RDEE, mesmo quando não há energia solar, extraindo potência das baterias. Tendo em vista que a quase totalidade dos inversores utilizados em um sistema de GD fornecem somente potência ativa, ou trabalhem com fator de potência fixo, este trabalho também implementa o controle dinâmico de P e Q na micro-rede, atuando como compensador de tensão no PCC e promovendo melhorias na qualidade da energia elétrica. A micro-rede é gerenciada por um programa desenvolvido para o controle de todos os dispositivos essenciais presentes na GD, incluindo controle da carga e descarga do sistema de acumulação, controle dos contatores de conexão de todo o sistema, e controle do firmware dos inversores conectados, permitindo total liberdade de gestão da energia disponível, resultando numa ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo)
Abstract: Considering the new challenges imposed in the energetic scenario around the world, this PhD thesis implements and analyzes a micro-grid of Distributed Generation (DG) plant with accumulation and capability of operation connected or islanded from the electric power distribution grid. The system will supply power to the utility grid and local loads through six single-phase inverters, constituting a three-phase system, among which three are with capability to operate in islanded and connected mode, and the other three single-phase inverters with current source characteristic that can inject active or reactive power in a controlled manner at the point of common coupling (PCC). Through the accumulation system with lead-acid batteries technology, it is also possible that the system minimizes the utility grid consumption, though without solar energy. Given that most of the available inverters for DG are designed only to provide active power or to operate with a fixed power factor, this work, in the meantime, implements the dynamic control of the supplied active and reactive power (P and Q) in micro-grid, acting as a voltage compensator at the PCC to improve the quality of electric power. The micro-grid is managed by software designed to control and communicate with all essential devices in DG, including control of charge and discharge of the accumulation system, control of the whole system connection contactors, and the firmware control of grid connected inverters, which allow a wid... (Complete abstract click electronic access below)
Doutor

No Brasil, a necessidade crescente por sistemas de geração solar fotovoltaica conectados à rede de distribuição levou ao desenvolvimento de normas brasileiras para a conformidade de inversores. Assim, de forma a atender a população em geral, foi publicada a Portaria 357, de 01 de agosto de 2014, do Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (INMETRO), que inclui inversores para conexão à rede de potência nominal até 10 kW no Programa Brasileiro de Etiquetagem (PBE). Por possuir os equipamentos necessários para a realização dos ensaios de conformidade com a portaria 357, o Laboratório de Sistemas Fotovoltaicos (LSF) do Instituto de Energia e Ambiente da Universidade de São Paulo passa então a ser o primeiro laboratório acreditado pelo INMETRO para a realização desses ensaios. Este trabalho tem como objetivo resumir as experiências de aplicação das normas brasileiras no ensaio de inversores para o PBE no LSF, sendo levantados os resultados obtidos no ensaio de 15 inversores ao longo de três anos de operação da bancada de ensaio para sistemas conectados à rede. A partir deste levantamento conclui-se que, embora as normas brasileiras exijam rigor em seus requisitos, existem inversores capazes de atender aos requisitos normativos brasileiros, assim como existem inversores que necessitam de implementações nos respectivos firmware de controle para conseguirem atender todos os requisitos. Uma vez que as normas brasileiras são recentes, este trabalho também destaca pontos das normas que se beneficiariam de adequações no corpo do texto, a fim de melhorar as rotinas de ensaios em inversores e critérios de conformidade.
In Brazil, the increasing demand for grid-tie photovoltaic systems lead to the development of the Brazilian standards for inverter quality and evaluation. In order to meet the general population demand, the National Institute for Metrology, Quality and Technology (INMETRO) published the normative nº 357 01/08/2014 to include inverters up to 10 kW in the Brazilian Labeling Program (PBE). For having all the equipment needed for inverter conformity evaluation in accordance with the normative nº 357, the Laboratory of Photovoltaic Systems (LSF) of the Institute of Energy and Environment of the University of Sao Paulo becomes the first INMETRO accredited laboratory for conducting the inverter evaluation in Brazil. This works main goal is to summarize the experience acquired for the appliance of the Brazilian standards for inverter testing in the LSF. The results obtained for the test of 15 different inverters during the first three years operating the inverter test bench are showed. Using the data shown this work concludes that, although the Brazilian standards are rigorous on its criteria, there are inverters capable of complying with the standards requirements and there are inverters that need further software and hardware development in order to comply with all the requirements. Since the Brazilian standards are in its first version, this work also aims to point out aspects of the standard that would benefit from text revising in order to improve the test conditions and conformity criteria.

Este trabalho apresenta abordagens para a avaliação do fenômeno da Degradação Induzida pelo Potencial (PID do inglês Potential Induced Degradation) em módulos e instalações fotovoltaicas de c-Si. Nos ensaios em laboratório, a IEC TS 62804-1:2015 foi aplicada e ações adicionais são sugeridas como forma de adaptação da especificação técnica para o acompanhamento da degradação durante o ensaio e para melhor indicar a propensão do equipamento a se recuperar das consequências da aparição de PID. Nos ensaios em campo, avaliou-se a solução convencional do mercado de reverter a degradação através de circuitos anti-PID, além de apresentar a aplicação de técnicas de detecção do fenômeno em sistemas operacionais. A abordagem teórica e os resultados práticos mostram que o procedimento de aferição de tensões individuais de operação é um método útil para detectar PID. Os estudos de caso apresentados indicam que esta metodologia é eficaz inclusive na detecção precoce do fenômeno para diferentes topologias de células fotovoltaicas de c-Si.
This work presents approaches to assess the Potential Induced Degradation (PID) on c-Si photovoltaic modules and installations. The IEC TS 62804-1:2015 was applied to the laboratory tests and some additional actions are suggested. The adaptation of the technical specification aims to monitor the degradation rates during the tests and also to consider the capacity of the photovoltaic modules to recover from the degradation. In the field detection methodologies are presented and anti-PID circuits were also tested. The theoretical approach reveals that individual voltage measurements are useful to detect PID even in its early stage, as can be seen on the case studies presented.

A matriz energética mundial é composta por várias fontes primárias, dentre as quais os combustíveis fósseis, como o petróleo, prevalecem sobre as demais. No entanto, devido ao crescimento populacional e ao desenvolvimento tecnológico e industrial, haverá um conseqüente aumento na demanda de energia e devido à preocupação ambiental, será necessária a busca por outras fontes energéticas. Dentre essas, destaca-se a energia solar fotovoltaica, por possibilitar a geração de forma limpa e descentralizada. O Brasil tem a vantagem de estar localizado na zona inter-tropical, registrando altos índices de irradiação solar durante todo o ano, em comparação com outros países do mundo que já fazem uso desta tecnologia. Neste trabalho, foi estudada a inserção de sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica pública e integrados em edificações residenciais urbanas. Para tanto, foram dimensionados sistemas para três residências situadas em diferentes regiões brasileiras, e que possuem as mesmas características construtivas e o mesmo consumo médio mensal de energia elétrica. Uma das premissas consideradas foi a autossuficiência energética das edificações apenas utilizando o recurso solar como fonte de geração. As cidades escolhidas para a análise foram Porto União/SC, São Carlos/SP e Petrolina/PE por possuírem diferenças significativas nos níveis de irradiação solar, representando desta forma os extremos encontrados no território brasileiro. A partir do dimensionamento foram estimadas a geração de energia elétrica anual para cada localidade e as curvas de geração foram confrontadas com as curvas de demanda diária média das regiões Sul, Sudeste e Nordeste, representando respectivamente, as três cidades escolhidas. Foram estimados os custos de instalação dos três sistemas, sendo feita ainda uma análise econômica simplificada para a verificação do impacto gerado pela inserção da tecnologia solar fotovoltaica como fonte alternativa na geração de energia elétrica em edificações residenciais urbanas. Para a avaliação econômica foi considerada a adoção do Sistema de Compensação Energética e um Período de Retorno Simples, que é a relação obtida entre o investimento feito inicialmente para a instalação de um sistema fotovoltaico e a economia anual proporcionada por essa instalação. Considerando um período de vida útil de um sistema fotovoltaico como sendo estimado em 25 anos, os resultados demonstraram que todos os sistemas seriam pagos antes desse período. A partir dos dimensionamentos, foi possível concluir ainda que a área requerida para a instalação de sistemas fotovoltaicos em residências é muito pequena e possui elevado potencial de aproveitamento, viabilizando desse modo a sua inserção no ambiente urbano.
The world\'s energy matrix is made up of several primary sources among which fossil fuels, mainly oil, prevail. Nevertheless, given population growth coupled with technological and industrial development, there will consequently be an increase in energy demands and, due to environmental concerns, looking for other energy sources is necessary. Among those, photovoltaic solar energy stands out for providing clean, decentralized energy generation. Brazil has the advantage of being located within the intertropical zone, registering higher levels of solar irradiation throughout the year compared to other countries that already use such technology. In this thesis, we studied the insertion of photovoltaic systems into the public grid and integrated to urban residential buildings. For such, we sized systems for three home environments situated in different Brazilian regions with similar building characteristics and same average monthly consumption. One of the premises considered was the buildings energy self-sufficiency based on solar resources alone. The cities chosen for the experiment were Porto União/SC, São Carlos/SP and Petrolina/PE given their significantly different exposure to solar irradiation, thus representing the extremes found in the Brazilian territory. From the initial sizing up the annual electricity demand for each location was estimated and generation curves were confronted with the daily demand curves from the South, Southeast and Northeast regions representing, respectively, the three chosen cities. Implementation costs were estimated for the three systems along with a simplified economic analysis in order to verify the impact caused by the insertion of photovoltaic solar energy as an alternative source of power generation in urban residential buildings. For the economic evaluation was considered the use of the Compensation System Energy and a Simple Payback Period, which is the ratio between the initial investment for the installation of a photovoltaic system and the annual savings provided by this facility. Considering a life cycle of a photovoltaic system as estimated at 25 years, the results showed that all systems would be paid before that period. From the sizing was still possible to conclude that the area required for the installation of photovoltaic systems in residences is very small and has a high potential for use, thereby enabling their integration into the urban environment

Submitted by Maicon Juliano Schmidt (maicons) on 2015-05-28T18:41:13Z No. of bitstreams: 1 Carlos Henrique Rôssa.pdf: 936314 bytes, checksum: df5b76514570a833590e8b2cb9176ba5 (MD5)
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FAPERGS - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul
O presente trabalho tem por objetivo estimar a produção de energia elétrica em sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica (SFCR) a partir da modelagem da radiação solar disponível, tendo como local de análise e estudo a região de Porto Alegre - RS. Dois modelos de céu claro, o Modelo de Hottel e Modelo de ESRA, além do Ano Meteorológico Típico (AMT) para Porto Alegre, foram utilizados no estudo. O Modelo de Hottel foi usado como modelo independente para a verificação da influência entre utilizar a temperatura do ar para dias ensolarados ou a temperatura do ano meteorológico típico (AMT) para todas as simulações. Os dados de irradiância na horizontal foram obtidos a partir do modelo de céu claro de ESRA e do AMT. Para a obtenção da irradiância em superfícies inclinadas, utilizou-se o Modelo de Perez. Os resultados obtidos de produção anual de energia elétrica a partir do AMT e da irradiância horizontal calculada pelo Modelo de ESRA foram comparados e verificou-se grande diferença, chegando o Modelo de ESRA a superestimar a energia produzida em até 27,5%. Essa diferença, como esperado, cai quando se compara somente a energia gerada nos dias completamente ensolarados, chegando a 6,5 % a mais para o Modelo de ESRA, o que sugere que o modelo pode ser empregado com certa confiabilidade em locais com potencial para construção de usinas solares. Para as simulações com o Modelo de ESRA, foi necessário estimar, através do método de Karayel et al. (1984), os coeficientes de turbidez de Linke TL?s para Porto Alegre ? RS. Foram utilizados valores médios mensais nas simulações. Sendo o Modelo de ESRA pouco eficaz na substituição do AMT nas estimativas de produção de energia para Porto Alegre, utilizou-se o AMT para as simulações de produção de energia em SFCR com as tecnologias implementadas. Foram utilizados os módulos BP 585 Sunpower, para células de silício monocristalino, e módulos AP-BP 85 Alps Technology, para células de silício multicristalino. As simulações comparam a produção de energia para as inclinações de 20° e 30°, e verificam que o ângulo de 20° é o mais favorável à produção de energia na região. Além disso, entre esses dois módulos utilizados, o de silício monocristalino apresentou maiores valores de energia produzida em ambas as inclinações.
The present work aims to estimate the production of electric energy in grid-connected photovoltaic systems parting from the available radiation, having as analysis and study site the region of Porto Alegre – RS. Two clear sky model, Hottel Model, ESRA Model, beyond the Typical Meteorological Year (TMY) to Porto Alegre, RS, was used at the work. Hottel Model was used as an independent model for verification of the influence between using the air temperature of sunny days or of Typical Meteorological Year (TMY) for all the simulations. The horizontal irradiance data were obtained from the ESRA clear sky model and the TMY. To obtained the irradiance on sloped surface, we used the Perez Model. The comparisons on a typical sunny day in the TMY showed good coincidence in the obtained values. When comparing the energy production for the whole year, big difference was verified among the results obtained by ESRA Model in relation to the ones obtained by TMY, having the ESRA Model arrived to the extent of overestimating the energy produced in up to 27,5%. This difference, as expected, decays when only the energy generated on completely sunny days is compared, reaching up to 6,5 % more to ESRA Model, which suggests that the model may be employed with certain reliability in places with potential for construction of solar power plants. For the simulations with ESRA Model, it was necessary to estimate Linke TL’s turbidity coefficients for Porto Alegre-RS through the Karayel et al.(1984) method. Average monthly values were used in the simulations. Being ESRA Model, in the current configuration, little effective in the substitution of TMY in Porto Alegre, TMY for simulations of energy production in GCPV was used with the implemented technologies. Modules BP 585 Sunpower were used for monocrystalline silicon cells, and modules AP-BP 85 Alps Technology for polycrystalline silicon cells. The simulations compare the energy production for 20° and 30° inclinations, and verify that the 20° angle is the most favorable to energy production in the region. Furthermore, between these two modules employed, the monocrystalline silicon one presented higher values of produced energy in both inclinations.

Submitted by Lara Oliveira (lara@ufersa.edu.br) on 2018-01-17T21:17:50Z No. of bitstreams: 1 IsaúMB_DISSERT.pdf: 2720241 bytes, checksum: 6f834d2d4c55c17ad70d6fca472fbb7a (MD5)
Approved for entry into archive by Vanessa Christiane (referencia@ufersa.edu.br) on 2018-02-20T14:29:04Z (GMT) No. of bitstreams: 1 IsaúMB_DISSERT.pdf: 2720241 bytes, checksum: 6f834d2d4c55c17ad70d6fca472fbb7a (MD5)
Approved for entry into archive by Vanessa Christiane (referencia@ufersa.edu.br) on 2018-02-20T14:31:25Z (GMT) No. of bitstreams: 1 IsaúMB_DISSERT.pdf: 2720241 bytes, checksum: 6f834d2d4c55c17ad70d6fca472fbb7a (MD5)
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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
Environmental problems, like global warming and pollution, together with the rising fossil fuels prices in recent years have increased search for alternative energy sources, that are clean and sustainable at the same time. Among the main sources, it is possible to highlight the photovoltaic solar energy. For being a source of clean renewable energy with a low maintenance rate, photovoltaic solar energy has been gaining attention worldwide, and with this the Grid-Connected Photovoltaic System (GCPV) has grown in the last decades. Despite the benefits from the GCPV, for being a relatively new technology when compared with other energy sources, the same is not yet fully consolidated, and its installation requires care in regard to quality of electrical power. Problems such as production of harmonics, overvoltage and low power factor are common to these types of systems. Several researches are conducted every year and regulations are created, in order to reconcile the photovoltaic generation with the power distribution network. Therefore, the present work aims to identify, measure and analyze the behavior of GCPV of 3 kWp of UFERSA, in the city of Mossoró-RN, in order to verify the possible impacts to the quality of the electric energy associated with GCPV. In this research it was noticed that all the parameters are within the current standard regulations, however the high indexes of harmonic distortion rate made necessary the elaboration of a low-pass filter to attenuate the unwanted frequencies. With the simulation of the filter in Simulink, an attenuation of up to more than 60% was verified, thus improving the quality of the energy generated by the system
Os problemas ambientais, como o aquecimento global e a poluição, juntamente com o crescente preço dos combustíveis fósseis nos últimos anos, elevaram a procura por fontes alternativas de energia, que ao mesmo tempo fossem limpas e sustentáveis. Dentre as principais fontes, pode-se destacar a energia solar fotovoltaica. Por ser uma fonte de energia limpa, renovável e com baixo índice de manutenção, a energia solar fotovoltaica vem ganhando destaque no mundo inteiro, e com isso os Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede (SFCR) cresceu nas últimas décadas. Apesar dos benefícios oriundos dos SFCR, por ser uma tecnologia relativamente nova quando comparada com outras fontes de energia, a mesma ainda não está totalmente consolidada, e sua instalação requer cuidados no que diz respeito à qualidade de energia elétrica. Problemas como produção de harmônicos, sobretensão e baixo fator de potência são comuns a estes tipos de sistemas. Várias pesquisas são realizadas todos os anos, e normas e regulamentos são criados, a fim de conciliar a geração fotovoltaica com a rede elétrica de distribuição. Portanto, o presente trabalho tem como objetivo identificar, medir e analisar o comportamento do SFCR de 3 kWp da UFERSA, na cidade de Mossoró-RN, a fim de se verificar os possíveis impactos à qualidade da energia elétrica associados aos SFCR’s. Nesta pesquisa percebeu-se que todos os parâmetros estão dentro das normas vigentes, porém os altos índices de taxa de distorção harmônica fizeram necessário a elaboração de um filtro passa-baixa para atenuar as frequências indesejadas. Com a simulação do filtro no Simulink, constatou-se uma atenuação de até mais de 60%, melhorando assim a qualidade da energia gerada pelo sistema
2018-01-17

Submitted by Marlene Santos (marlene.bc.ufg@gmail.com) on 2017-12-18T16:25:14Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Ciliana Karine Dias Lima - 2017.pdf: 23149224 bytes, checksum: c070892c298f576da2daf6724723a45b (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5)
Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-12-19T12:03:47Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Ciliana Karine Dias Lima - 2017.pdf: 23149224 bytes, checksum: c070892c298f576da2daf6724723a45b (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5)
Made available in DSpace on 2017-12-19T12:03:47Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Ciliana Karine Dias Lima - 2017.pdf: 23149224 bytes, checksum: c070892c298f576da2daf6724723a45b (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-12-11
Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq
Sustainable development is a present issue in world society and it is also a strategic challenge for Cape Verde’s energy policy in coming years because the large fragilities in the electrical system in Cape Verde such as, dependence on imports of fuels, geographical dispersion, the high costs associated with managing energy systems and the great energy waste. The bet on photovoltaic systems may be one of the alternatives to reducing these fragilities. In this context, the present work highlights the great existent potential for use of renewable energy focused on solar energy. The text describes incentives for the production of electric energy based on renewable sources and presents analyses on the implementation of two grid-connected photovoltaic systems in the island of São Vicente. One of the systems is a photovoltaic rooftop 19.8 kWp plant installed in a public secondary school building and the other system is 3 MWp photovoltaic power plant connected to electrical utility grid in São Vicente Island. The study included design, operation simulation of São Vicente Island distribution network in the presence and absence of photovoltaic systems and financial analyses in order to determine payback time, actual present value, intern return rate of investment and financial sensibility analyses to assess the influence of Wp cost and interest rate on the financial figures. The results show that the implementation of photovoltaic systems is attractive in financial and technical terms, the microgeneration system causes a large reduction in energy acquired by the network, and the large power plant has not worsened the appropriate operating voltage levels and decreased the system's active losses.
O desenvolvimento sustentável é uma questão presente na sociedade mundial e é também um desafio para a política energética de Cabo Verde nos próximos anos, devido às grandes fragilidades do sistema elétrico do arquipélago, tais como a forte dependência da importação dos combustíveis fosseis, a dispersão geográfica, os elevados custos associados à gestão dos sistemas energéticos e o grande desperdício energético. A aposta em sistemas fotovoltaicos é uma das alternativas para a redução dessas fragilidades. Neste contexto, o presente trabalho destaca o grande potencial existente em Cabo Verde para utilização de energia renovável com o foco na fonte solar. O trabalho descreve os incentivos legais locais para a produção de energia elétrica com base em fontes de origem renovável e apresenta a análise da implantação de dois sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica na ilha de São Vicente. Um deles é um sistema de microgeração fotovoltaica de 19,8 kWp instalado em um edifício público de ensino e o outro é uma usina fotovoltaica de grande porte de 3 MWp, ligada à rede elétrica e também localizada na ilha de São Vicente. O estudo inclui o dimensionamento, a simulação de operação da rede de distribuição da ilha de São Vicente na ausência e na presença de sistemas fotovoltaicos. São feitas análises financeiras a fim de determinar o tempo de retorno dos investimentos, o valor atual líquido e a taxa interna de retorno dos investimentos. Também é feito uma análise de sensibilidade financeira para avaliar a influência do custo do Wp instalado e da taxa de juros do financiamento sobre os parâmetros financeiros. Os resultados mostram que a implementação dos sistemas fotovoltaicos é atrativa em termos financeiros e técnicos. A instalação do sistema de microgeração provoca uma grande redução da energia adquirida junto à rede pela unidade consumidora. É mostrado também que a usina de grande porte notadamente não alterou os níveis de tensão de funcionamento da rede e proporcionou uma diminuição das perdas ativas do sistema.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
Este trabalho apresenta o estudo, desenvolvimento e aplicação de novas técnicas de controle aos sistemas de geração de energia fotovoltaica, conectados à rede elétrica monofásica, visando a melhoria da eficiência destes sistemas em relação aos métodos de controle tipicamente utilizados. O trabalho é dividido em duas partes principais, as quais estão relacionadas ao rastreamento do ponto de máxima potência (Maximum Power Point Tracking – MPPT) e, depois, ao controlador interno dos conversores boost-quadrático – lado dos painéis fotovoltaicos – assim como aos controladores do inversor de tensão, no lado da rede elétrica monofásica. A primeira parte do trabalho consiste no desenvolvimento de um algoritmo de meta heurística para o MPPT, o qual é baseado no método do recozimento simulado (Simulated Annealing - SA) e tem como objetivo a determinação do ponto de máximo global, buscando soluções fora de uma vizinhança próxima, de modo a evitar o atracamento em máximos locais da curva de potência de saída do arranjo de painéis fotovoltaicos, melhorando, assim, o aproveitamento da energia em situações de sombreamento parcial. A segunda parte do trabalho apresenta o projeto de controladores baseados no modelo interno (Internal Model Control – IMC) com 1 grau de liberdade (1 Degree of Freedom – 1 DOF) aplicados, primeiramente, ao conversor CC-CC Boost Quadrático, utilizado para o MPPT, e, posteriormente, a um inversor de tensão com filtro LCL, conectado à rede elétrica monofásica, operando no modo de injeção de corrente. É apresentada a modelagem matemática de ambos os conversores e analisada a compensação da realimentação interna ao sistema do inversor de tensão, correspondente ao desacoplamento da tensão da rede, através da estratégia de alimentação à frente (Feedforward). Visando-se uma base de comparação, para a análise de desempenho do conversor IMC – 1DOF, também é aplicado ao sistema de injeção de corrente, o controlador Proporcional-Ressonante (P+Res). São apresentados resultados de simulação computacional e experimentais de ambos os 8 controladores, os quais permitem verificar o desempenho do sistema em situação de rede fraca e carga local não-linear.
This paper presents the study, development and application of new control techniques for photovoltaic power generation systems, connected to single-phase power grid in order to improve the efficiency of these systems in relation to control methods typically used. The work is divided into two main parts, which are related to tracking the maximum power point (Maximum Power Point Tracking - MPPT) and then the internal controller of boost quadratic converters - side of the photovoltaic panels - as well as the controllers the voltage inverter, the side of the single-phase mains. The first part of the work is the development of a heuristic goal algorithm for MPPT, which is based on the method of simulated annealing (Simulated Annealing - SA) and aims at determining the overall maximum point, seeking out solutions in a close vicinity, so as to prevent the docking local maxima in the curve of power output of the photovoltaic array, thereby improving the utilization of energy in partial shading situations. The second part presents the design of controllers based on internal model (Internal Model Control - IMC) with 1 degree of freedom (1 Degree of Freedom - 1 DOF) applied, first, the DC-DC Boost Quadratic converter, used for MPPT, and thereafter, a voltage inverter with LCL filter connected to the single phase power supply operating in current injection mode. A mathematical modeling of both converters and analyzed the compensation of internal feedback to the voltage inverter system corresponding to the disconnection of the mains voltage through the power strategy a head (feedforward). A basis of comparison for the performance analysis of IMC-1DOF converter is aiming at, is also applied to the current injection system, Proportional-Resonant Controller (P + Res). They are presented computer simulation and experimental results of both controllers, which allow you to check the system performance in low and non-linear local load network situation.
Tese (Doutorado)

Made available in DSpace on 2016-12-12T20:27:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Camila Bianka Silva Bastos.pdf: 1963598 bytes, checksum: bee88eacc3f6e3c327425297316a691d (MD5) Previous issue date: 2015-02-27
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
This dissertation presents a study of the operation of two different three-phase grid-connected test-grids with the connection of a 1MWp photovoltaic system. Two analysis methods are used to evaluate the impacts of this photovoltaic systeM, these methods being conventional static analysis and the analysis known as Quasi-Static Time-Series Analysis. Despite the fact that all grids have unique characteristics, it is important to use test-grids, which simulate the real grid characteristics, to analyze the kinds of problems that can occur and then look for alternatives, if necessary. The impacts evaluated are related to the system losses, minimized with the allocation study of the generation on the grid, voltage profile and tap position curve, when automatic load tap changers are used. It was verified that the photovoltaic system interconnection point is the most influenced one after its connection to the grid. The Quasi-Static Time-Series Analysis allow the correct evaluation of the load-generation interaction, running the time series power flow through estimated data for the load and irradiance curves during 168 hours. The conventional static analysis only considers critical operation conditions, like minimum and maximum load, and no generation or maximum generation, and does not evaluate different case scenarios that occur in reality. The photovoltaic systems can bring many advantages to the electric systems, like the improvement on the final consumer voltage profile, line losses reduction, and also environmental impacts reduction. However, with the increase of distributed photovoltaic generation on the electrical grid, it s necessary to be aware of the impacts that this may cause by performing interconnection studies.
Esta dissertação apresenta um estudo da operação de uma rede teste trifásica de média tensão com a interligação de um sistema fotovoltaico de 1,0 MWp. Dois métodos de análise são utilizados para avaliar os impactos deste sistema fotovoltaico, sendo estes métodos as análises estáticas convencionais eas análises conhecidas como Quasi-Static Time-Series Analysis. Apesar de cada rede elétrica apresentar características únicas, é importante a utilização de sistemas testes, que simulam as características de sistemas reais, para analisar que tipos problemas podem surgir e então buscar alternativas, se necessário. Os impactos avaliados se referem às perdas no sistema, minimizadas com a correta alocação da geração, perfil de tensão e curva de posição do tap, no caso de transformador com comutação automática de tap. Contata-se que o ponto de conexão do sistema fotovoltaico é o mais influenciado pela sua conexão à rede. As análises QSTS possibilitam avaliar corretamente a iteração entre carga e geração, efetuando o fluxo de potência consecutivo através de dados estimados para as curvas de carga e de irradiância solar ao longo de 168 horas. Já as análises convencionais consideram apenas condições críticas de operação, como por exemplo, carga leve ou nominal e geração nula ou máxima, não avaliando então diferentes cenários de operação que ocorrem na prática. Os sistemas fotovoltaicos podem trazer muitos benefícios aos sistemas elétricos, como melhoria do perfil de tensão de atendimento ao consumidor, redução de perdas nas linhas, além da redução nos impactos ambientais. Entretanto, com o aumento de geração fotovoltaica distribuída na rede, é necessário estar atento aos impactos que isto pode causar através de estudos de interconexão.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
This Master Thesis presents the development of a grid-connected transformerless three-phase photovoltaic inverter. The Neutral Point Clamped (NPC) three-level inverter was chosen for implementation. The grid connection is made with a modified LCL filter (MLCL), where the common point of the output filter capacitors is connected directly to the dc bus central point (neutral point). The MLCL filter reduces the leakage current of photovoltaic system and attenuates the current harmonics injected in the grid. A passive damping of MLCL filter resonance peak was employed in order to avoid instability in the grid connection. In this sense, this Master Thesis contributes proposing a passive damping design method which is based not only on the stability requirement, but also considers the leakage current of photovoltaic system, once that passive damping impacts on the high frequency components of voltage on parasitic capacitance. Therefore, based on leakage current limit and current loop stability, a range for the damping resistance was obtained. The control system of the threephase inverter was developed in a synchronous reference frame (dq0), where the proper alignment with the grid voltage reference vector allows the independent control of active and reactive power inject in the grid. Simulation and experimental results are shown to evaluate the inverter performance and to validate the theoretical analysis.
Esta Dissertação de Mestrado apresenta o desenvolvimento de um inversor fotovoltaico trifásico não isolado conectado à rede. A topologia desenvolvida foi a de um inversor trifásico três níveis com ponto neutro grampeado (NPC Neutral Point Clamped). A conexão com a rede é feita através de um filtro LCL modificado (LCLM), que possui o ponto comum dos seus capacitores conectado ao ponto central do barramento CC do inversor. O filtro LCLM possui a finalidade de reduzir a corrente de fuga do sistema fotovoltaico ao mesmo tempo em que atenua os harmônicos de corrente injetados na rede. De modo a evitar problemas de instabilidade da malha de corrente do inversor, um sistema de amortecimento passivo do pico de ressonância do filtro LCLM foi empregado. Neste sentido, esta Dissertação de Mestrado contribui propondo um método de projeto do amortecimento passivo que se baseia não somente no critério de estabilidade, mas que também considera a corrente de fuga do sistema fotovoltaico, uma vez que o amortecimento impacta na atenuação das componentes de alta frequência da tensão sobre a capacitância parasita dos módulos fotovoltaicos. Com isso, uma faixa de valores para a resistência de amortecimento foi obtida a partir do limite permitido para a corrente de fuga e da estabilidade da malha de corrente. O sistema de controle do inversor trifásico foi desenvolvido com base no sistema de coordenadas síncronas dq0, cujo correto alinhamento com o vetor de referência das tensões da rede permite o controle independente das potências ativa e reativa injetadas na rede. Resultados experimentais e de simulação são apresentados de modo a comprovar o desempenho do inversor trifásico.

Federation of messaging and storage platforms located in remote datacenters is an essential functionality to share data among geographically distributed platforms. When systems are administered by the same owner data replication reduces data access latency bringing data closer to applications and enables fault tolerance to face disaster recovery of an entire location. When storage platforms are administered by different owners data replication across different administrative domains is essential for enterprise application data integration. Contents and services managed by different software platforms need to be integrated to provide richer contents and services. Clients may need to share subsets of data in order to enable collaborative analysis and service integration. Platforms usually include proprietary federation functionalities and specific APIs to let external software and platforms access their internal data. These different techniques may not be applicable to all environments and networks due to security and technological restrictions. Moreover the federation of dispersed nodes under a decentralized administration scheme is still a research issue. This thesis is a contribution along this research direction as it introduces and describes a framework, called “WideGroups”, directed towards the creation and the management of an automatic federation and integration of widely dispersed platform nodes. It is based on groups to exchange messages among distributed applications located in different remote datacenters. Groups are created and managed using client side programmatic configuration without touching servers. WideGroups enables the extension of the software platform services to nodes belonging to different administrative domains in a wide area network environment. It lets different nodes form ad-hoc overlay networks on-the-fly depending on message destinations located in distinct administrative domains. It supports multiple dynamic overlay networks based on message groups, dynamic discovery of nodes and automatic setup of overlay networks among nodes with no server-side configuration. I designed and implemented platform connectors to integrate the framework as the federation module of Message Oriented Middleware and Key Value Store platforms, which are among the most widespread paradigms supporting data sharing in distributed systems.

Orientador: Prof. Dr. Alfeu Joãozinho Sguarezi Filho
Coorientador: Prof. Dr. Joel David Melo Trujillo
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Santo André, 2018.
Neste trabalho é proposto um algoritmo de rastreamento de máxima potência com a utilização da equação de Monod. O algoritmo aplica-se em sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica. Os resultados e as comparações mostram que o algoritmo proposto apresenta algumas vantagens em comparação ao algoritmo de perturbação e observação para diversas condições de operação, em especial quando os painéis são submetidos a sombreamento parcial.
In this work we propose an algorithm of maximum power point tracking with using the Monod Equation. The algorithm applies to photovoltaic systems connected to the grid. The results and the comparition show that the algoritmo proposal has some advantages compared to algoritm Perturb and Observe in many situation of operation, in special when the fotovoltaics painels have parcial shading.

Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq
Grid-connected photovoltaic systems with energy storage have features of conventional gridconnected inverters and uninterruptible power supplies. In these systems, all elements, which include photovoltaic generator, batteries, loads and electric grid, are connected to the same equipment named multifunctional photovoltaic converter. As it is a recent technology, there are many research opportunities in this theme, from classifications and standards to specific problems. This study investigates this field in a comprehensive manner, proposing classifications, technical recommendations and a power management strategy. Initially, classifications are proposed considering system configuration and continuity of supply to the loads. In the following, technical recommendations related to grid and load compatibility, as well as safety technical recommendations, are proposed. The last proposal consists on a power management strategy which defines the operation mode of the static converters and system elements as a function of the energy scarcity. Experimental results of the power management are presented in order to validate the proposals. In this way, this thesis contributes to the development of multifunctional photovoltaic converters technology so that the distributed generation becomes more independent of solar availability and can better collaborate with the electric system.
Sistemas fotovoltaicos conectados à rede com armazenamento de energia são aqueles que conjugam características dos inversores conectados à rede convencionais e de fontes ininterruptas de energia. Nesses sistemas, todos os seus elementos, que incluem o gerador fotovoltaico, as baterias, as cargas e a rede elétrica, são conectados a um mesmo equipamento chamado de conversor fotovoltaico multifuncional. Por se tratar de uma tecnologia recente, existem muitas oportunidades de pesquisa inédita no tema, desde premissas e classificações básicas até a solução de problemas mais específicos. Este trabalho investiga o tema de maneira abrangente, propondo classificações, recomendações técnicas e uma estratégia para gerenciamento interno de potência dos conversores fotovoltaicos multifuncionais. Inicialmente, classificações são propostas considerando a configuração do sistema e a continuidade de fornecimento de energia às cargas. A seguir, são propostas recomendações técnicas relacionadas à compatibilidade com a rede e com as cargas, além de recomendações técnicas de segurança, baseando-se em normas existentes. A última proposta consiste em uma estratégia de gerenciamento interno de potência que define os modos de operação dos conversores estáticos e dos elementos do sistema em função da escassez de energia. Resultados experimentais do método proposto para o gerenciamento interno de potências são apresentados com o objetivo de validar as propostas desenvolvidas. Dessa forma, o presente trabalho contribui com o desenvolvimento da tecnologia de conversores fotovoltaicos multifuncionais, para que a geração distribuída de energia elétrica se torne mais independente da disponibilidade solar e possa melhor colaborar com o sistema elétrico.

Este trabalho apresenta um estudo sobre a corrente de fuga de modo comum em inversores monofásicos sem transformador utilizados para a conexão de sistemas fotovoltaicos (FV) à rede de distribuição de energia elétrica. O estudo se concentra em inversores do tipo fonte de tensão que empregam a topologia em ponte completa. A partir da adequada modelagem do sistema (rede, conversor e módulo fotovoltaico) identifica-se e quantifica-se a contribuição das tensões de modo comum e modo diferencial para a corrente de fuga. Conclui-se que a tensão de modo comum de alta frequência produzida pelo inversor, que depende da estratégia de modulação por largura de pulso (PWM Pulse Width Modulation) empregada, fornece a maior contribuição para produção da corrente de fuga. Esse estudo mostra que os inversores sem transformador, com topologia em ponte completa e modulação que produz tensão de saída com três níveis, necessitam de medidas adicionais para a minimização da corrente fuga quando aplicados em sistemas fotovoltaicos conectados à rede. Algumas soluções propostas na literatura para a minimização da corrente de fuga baseadas em topologias modificadas e filtros de modo comum são listadas e discutidas. Neste trabalho é proposto um filtro integrado de modo comum e modo diferencial com amortecimento passivo de baixas perdas, para minimizar a corrente de fuga produzida por um inversor monofásico sem transformador. Um exemplo de aplicação do filtro proposto é apresentado juntamente com seu procedimento de projeto, resultados de simulação e experimentais que validam a proposta. Além disso, a influência da variação da indutância da rede elétrica e da capacitância parasita do sistema fotovoltaico no comportamento do filtro proposto é analisada. A influência da variação da indutância da rede no comportamento do sistema de controle e o impacto da corrente de modo comum no projeto dos indutores do lado do conversor também são analisados.
This paper presents a study on the common mode leakage current in single-phase transformerless inverters for grid-connected photovoltaic (PV) systems. The study focuses on voltage source inverters (VSI) employing the full-bridge topology. The common mode and differential mode voltages that contribute to the leakage current are identified and quantified from the analysis of the system model (utility grid, converter and PV module). The system model analysis shows that the high frequency common mode voltage produced by the inverter, which depends on the Pulse Width Modulation (PWM) strategy, is the main source contributing to the leakage current. This work shows that transformerless inverters employing the full-bridge topology and a modulation strategy that produces a three-level output voltage require some leakage current minimization strategy when they are employed in grid-connected PV systems. Some solutions proposed in the literature for leakage current minimization based on modified topologies and common mode filters are listed and discussed. In this dissertation an integrated common and differential filter with low loss passive damping is proposed to minimize the leakage current produced by a single-phase transformerless PV inverter. An application example of the proposed filter is presented with design procedure, simulation and experimental results validating the proposal. Additionally, the influence of grid inductance and PV module parasitic capacitance variations on the behavior of the proposed filter is analyzed. The behavior of the control system considering the grid inductance variation and the impact of the common mode current on the converter side inductors design are also analyzed.

Tese de mestrado integrado em Engenharia da Energia e do Ambiente, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2014
Neste trabalho apresentamos um novo procedimento para deteção automática de falhas em sistemas fotovoltaicos (PV) ligados à rede. A maioria dos métodos de diagnóstico para deteção de falhas em sistemas PV já conhecidos são consumidores de tempo e precisam de equipamento caro. De forma a evitar completamente o uso de modelação e simulação do sistema PV no processo de deteção de falhas, nós definimos dois novos indicadores de corrente e voltagem, NRc e NRv, respetivamente, no lado DC do inversor do sistema PV. Este método é baseado na avaliação desses novos indicadores. Foram definidos limites para esses indicadores de forma a ter em conta a configuração do sistema PV: número de módulos PV incluídos em série e em paralelo que formam o PV array. A definição desses limites para os indicadores de voltagem e corrente têm que ser adaptados ao sistema PV específico a supervisionar e um período de treino é recomendado de forma a garantir um diagnóstico correto e reduzir assim a probabilidade de falsas falhas detetadas. Um estudo de simulações foi feito em MatLab e usando informação monitorizada pelo inversor, piranómetros, termopares e células de referência instaladas no sistema PV conectado à rede localizado no Centro de Desenvolvimento das Energias Renováveis (CDER), Algéria. O método proposto é simples mas eficaz na deteção das falhas principais de um sistema PV e foi experimentalmente validado e demonstrou a sua eficácia na deteção de falhas presentes em aplicações conectadas à rede.
In this work we present a new procedure for automatic fault detection in grid connected photovoltaic (PV) systems. Most diagnostic methods for fault detection of PV systems already known are time consuming and need expensive hardware. In order to completely avoid the use of modeling and simulation of the PV system in the fault detection procedure we defined two new current and voltage indicators, NRc and NRv respectively, in the DC side of the inverter of the PV system. This method is based on the evaluation of these indicators. Thresholds for these indicators are defined taking into account the PV system configuration: Number of PV modules included in series and parallel interconnection to form the PV array. The definition of these thresholds for the voltage and current indicators must be adapted to the specific PV system to supervise and a training period is recommended to ensure a correct diagnosis and reduce the probability of false faults detected. A simulation study was carried using MatLab and the data used was monitored by the inverter, pyranometers, thermocouples and reference cells installed in a grid connected PV system located in the Centre de Développement des Energies Renouvelables (CDER), Algeria. The proposed method is simple but effective detecting the main faults of a PV system and was experimentally validated and has demonstrated its effectiveness in the detection of main faults present in grid connected applications.