sistema fotovoltaico conectado À rede elÉtrica com supressÃo de harmÔnicos e compensaÇÃo de...

V Congresso Brasileiro de Energia Solar Recife, 31 a 03 de abril de 2014

SISTEMA FOTOVOLTAICO CONECTADO REDE ELTRICA COM

SUPRESSO DE HARMNICOS E COMPENSAO DE REATIVOS DA

CARGA

Marcelo Hideo de Freitas Takami [email protected]

Srgio Augusto Oliveira da Silva [email protected]

Leonardo Poltronieri Sampaio [email protected]

Universidade Tecnolgica Federal do Paran, Campus Cornlio Procpio - PR,

Laboratrio de Eletrnica de Potncia, Qualidade de Energia e Energias Renovveis - LEPQER

Leonardo Bruno Garcia Campanhol [email protected]

Universidade Tecnolgica Federal do Paran, Campus Ponta Grossa - PR

Departamento de Eletrnica - DAELE

Resumo. Este trabalho apresenta, por meio de um ambiente computacional, a implementao de um sistema

fotovoltaico (FV), o qual composto por um arranjo fotovoltaico, um conversor c.c.-c.c. elevador e um inversor de

tenso (VSI) controlado no modo corrente, conectado a uma rede eltrica monofsica. Uma tcnica utilizada para o

rastreamento do ponto de mxima potncia (MPPT) do arranjo FV implementada na malha de controle do sistema.

Alm disso, tcnicas de controle so adotadas para possibilitar a injeo de corrente na rede eltrica, a partir da

energia disponibilizada pelo arranjo FV, onde a corrente injetada na rede sincronizada com a tenso da rede

utilizando um algoritmo de deteco de ngulo de fase (PLL-Phase-Locked Loop). Um sistema de proteo para anti-

ilhamento (AI) implementado para que na situao de um possvel desligamento da rede eltrica, o controle atue

desconectando o inversor da rede. Alm disso, o sistema FV controlado para desempenhar tambm a funo de filtro

ativo de potncia atuando na supresso de harmnicos e compensao de reativos da carga. Adicionalmente, so

aplicadas variaes nos fatores climticos, tais como temperatura e radiao solar, com o objetivo de avaliar a

eficincia do MPPT.

Palavras-chave: Energia solar, Gerao distribuda, Sistema fotovoltaico conectados rede eltrica, MPPT, Anti-

ilhamento.

1. INTRODUO

Atualmente, estudos e aplicaes de fontes de energias renovveis vm ganhando cada vez mais destaque no

mundo, devido crescente demanda energtica e a preocupao com a preservao ambiental (Brito et al., 2012).

Dentre todas as diferentes fontes de energias renovveis conhecidas at hoje, a energia solar vem se destacando devido

sua abundncia e por sua vasta incidncia em toda a superfcie terrestre. Desta forma, esta se apresenta como uma

fonte vivel de gerao de energia eltrica, mais notadamente em sistemas de gerao distribuda conectados rede de

distribuio de energia eltrica.

Os painis fotovoltaicos (FV) apresentam curvas caractersticas I-V (corrente-tenso) e P-V (potncia-tenso) no-

lineares, os quais so fortemente influenciados pelos fatores climticos como radiao solar e temperatura (Martins et

al., 2008). O custo inicial para a implantao de um sistema FV ainda relativamente alto, e apresentam uma baixa

eficincia de converso de energia solar em eltrica (Brito et al., 2012). Desta forma, so necessrias a aplicao de

tcnicas para rastrear a mxima potncia de um arranjo fotovoltaico, as quais so conhecidas como tcnicas de MPPT

(Maximum Power Point Tracking), e so indispensveis para a implantao de arranjos fotovoltaicos (Yu et al., 2002).

Pelo fato, na maioria das aplicaes, os painis fotovoltaicos fornecerem em sua sada uma tenso mdia menor que a

mnima necessria para alimentar equipamentos residenciais e/ou industriais, torna-se necessria a elevao do nvel de

tenso atravs de conversores c.c.-c.c. elevadores antes de realizar a inverso para injetar energia na rede eltrica em

c.a., ou ainda para alimentar cargas em c.a. locais.

Para que a energia proveniente do arranjo FV seja injetada na rede eltrica, um sistema de sincronismo entre a

corrente injetada e a tenso da rede eltrica indispensvel. Para esta finalidade comum a utilizao de algum tipo de

circuito capaz de realizar a deteco de ngulo de fase da rede, podendo-se citar circuitos PLL (Phase-Locked Loop).

Em funo da evoluo da eletrnica de potncia com o avano na tecnologia de semicondutores de potncia, a

utilizao de cargas no-lineares passou a ser mais comum. Fatores que proporcionaram o aumento de cargas eletro-

eletrnicas, comandadas eletronicamente, como por exemplo, equipamentos que utilizam retificadores controlados e

no controlados na converso c.a./c.c., inversores na converso c.c./c.a., fontes chaveadas, entre outros. Por outro lado,

tais sistemas podem degradar a qualidade de energia eltrica (QEE) dos sistemas eltricos de potncia no s pela troca

de reativos com a rede, mas principalmente por drenarem correntes com elevados contedos harmnicos. Uma das


alternativas para minimizar tais problemas de QEE causados pela utilizao de cargas no-lineares a utilizao de

fi ltros ativos de potncia (FAP) (Campanhol et al., 2013).

Com o crescimento da gerao distribuda, modificaram-se em muitos pases os cenrios de gerao de energia

eltrica, principalmente quando ocorre uma falha na rede eltrica, a qual pode ocorrer por diversos fatores, seja por

motivos intencionais da concessionria (manuteno), por fatores climticos (chuva e/ou vento), ato malicioso ou erro

humano. Sendo assim, dada uma ocorrncia de falta no sistema eltrico e o sistema de gerao distribuda ainda estiver

conectado, pode-se causar riscos aos operadores da rede durante a manuteno nas linhas, danos aos equipamentos

residenciais entre outros problemas. Esse fenmeno definido como ilhamento.

Existem normas tcnicas que versam a interconexo de sistemas fotovoltaicos rede, e requerem mtodos eficazes

para detectar o ilhamento, com isso foram desenvolvidos algoritmos para monitorar possveis falhas na rede eltrica,

conhecidos como algoritmos de anti-ilhamento (AI) (Severo, 2011).

O objetivo do trabalho apresentar o projeto e simulao de um inversor para sistema fotovoltaico conectado a

rede eltrica. As principais caractersticas do inversor projetado a de, alm de realizar a injeo de potncia ativa na

rede, operar com a finalidade de filtrar harmnicas de corrente da carga, bem como com a compensao de reativos

atravs da implementao de um sistema de filtro ativo de potncia.

2. ESTRUTURA DE POTNCIA CONECTADO REDE EL TRICA E SISTEMA DO FILTRO ATIVO

A Fig. 1 mostra o diagrama de blocos do sistema completo adotado neste trabalho. O sistema fotovoltaico com

filtro ativo foi implementado em software de simulao. O arranjo FV composto por dois arranjos FV onde cada um

deles possui quatro painis ligados em srie fornecendo nas condies de teste padro (STC: 1000 W/m, 25C, AM

1,5) 1,96 kW, 123,2 V e 15,92 A.

Rede

LL

Carga

ic*vs iL ic

Vdc

isn

is iL

icnic

Lf

p1

p2

p3

p4

iLn

Ccc

idcPV array

pbCPV

Lb Db

Ipv

Vpv

vs

Ipv

PLL

SMS

SRF PI i

PIv

MPPT

PWM

P

W

MVdc*

Sin

al

p1p2p3p4

pb

fs SMSCos( PLL+ SMS)

Sen( PLL+ SMS)

Figura 1 Esquema completo do sistema de gerao distribuda conectado rede eltrica monofsica.

2.1 Gerador fotovoltaico

Uma clula fotovoltaica pode ser representada pelo circuito equivalente mostrado na Fig. 2, onde representada

por uma fonte de corrente em anti-paralelo com um diodo. Os resistores em srie e paralelo, SR e PR respectivamente,

so projetados com o objetivo de melhorar a representao da curva. O valor de SR interfere na inclinao da curva I-V

aps o ponto de mxima potncia (MPP), ou seja, quando os mdulos passam a se comportar como fonte de tenso, j a

resistncia PR regula a inclinao antes do MPP, quando os painis se comportam como fonte de corrente.

Figura 2 - Circuito equivalente de uma clula fotovoltaica.

psms Rel de conexo


O equacionamento do circuito da Fig. 2 pode ser representado pela Eq. (1), conforme (Gow, 1999; Veerachary,

2006).

pR

sRIVTK

sRIVq

er

Iph

II.

1../)..(

(1)

Onde: V, I so a tenso e corrente nos terminais de sada de uma clula solar respectivamente; Iph a fotocorrente; Ir

corrente de saturao reversa da clula; SR , PR so as resistncias srie e paralela da clula; q a carga do eltron

(q=1,6x 1910 C); o fator de qualidade da juno p-n; K a constante de Boltzmann (K=1,38x 2310 J/K) e T a

temperatura ambiente em Kelvin.

A corrente da clula fotovoltaica em (1), pode ser determinada, por exemplo, por meio do mtodo numrico

Newton-Raphson, devido relao no-linear entre a corrente I e a tenso V.

Recente-mente (Martins et al., 2008) props um modelo computacional para a simulao de sistemas

fotovoltaicos, conforme ilustrado na Fig. 3.

Arranjo

Fotovoltaico

Rad

Temp+

-

sIPV

VPV

CPV

Figura 3 Diagrama de blocos do modelo implementado no MatLab/Simulink.

Onde: pvV e pvI a tenso e corrente nos terminais do arranjo FV, Rad a radiao solar, Temp a temperatura e

pvC um capacitor de filtro de sada do arranjo FV.

2.2 Tcnicas para o rastreamento da mxima potncia (MPPT)

Atualmente, existem diversos algoritmos para a extrao da mxima potencia de um sistema fotovoltaico e so,

basicamente, divididos em off-line e on-line et al., 2009). Neste trabalho optou-se por um mtodo on-line, o

mtodo da Perturbao e Observao (P&O), que consiste na busca do ponto de mxima de potncia atravs das

derivadas da potncia e da tenso, operando periodicamente incrementando ou decrementando o sinal de sada do

algoritmo (razo cclica D).

O algoritmo P&O est ilustrado na Fig. 4. Esse mtodo necessita das leituras da tenso e da corrente do painel,

para realizar clculos das derivadas de tenso e de potncia. A Tab. 1 apresenta a lgica da variao da razo cclica, em

funo dos sentidos das derivadas de potncia e de tenso. O sinal negativo do passo utilizado para corrigir o sentido

da variao da razo cclica.

KPMPPT

KIMPPT s/

PVV -PassoSinaldt

dPPV

dt

dVPV

PVID

Controlador PI do MPPT

Figura 4 - Modelo em blocos do algoritmo de MPPT do mtodo P&O.

Tabela 1 - Lgica do algoritmo P&O

dt

PVI

PVVd

dt

PVdP ).(

dt

PVdV

Razo cclica

+ - Incrementa

- + Incrementa

- - Decrementa

+ + Decrementa


O chaveamento do conversor boost ter uma modulao por largura de pulso (PWM Pulse Width Modulation)

onde o sinal de referncia ser a prpria razo cclica gerada na sada do algoritmo P&O e ser comparada com um sinal

dente de serra, atravs dessa modulao sero gerados os pulsos para o chaveamento.

2.3 Filtro ativo paralelo de potncia (FAPP)

Neste trabalho empregado o algoritmo baseado no sistema de eixo de referncia sncrona (SRF Synchronous

Reference Frame) (Silva et al., 2008).

Como o algoritmo SRF utilizado em sistemas trifsicos, para possibilitar a aplicao em um sistema monofsico

torna-se necessrio uma modificao do algoritmo, dessa forma, na Fig. 5 apresentado o algoritmo modificado onde

este representa um sistema trifsico fictcio equilibrado, composto por correntes bifsicas tambm fictcias, ou seja,

i = Li e i . Portanto com este algoritmo possvel obter as correntes de referncia de compensao em um sistema

monofsico.

dq

FPBid dcid

i

idq

si*

/2

ci*

PLLsin( PLL)cos( PLL)

Delay

Li

Liabcidc

Figura 5

O algoritmo apresentado na Fig. 5 consiste em medir a corrente da carga Li /2 radianos

na mesma conforme a Eq. (2), assim, considera-se a corrente como a corrente fictcia i , e a corrente defasada

considerada, em quadratura, a corrente i , assim, as correntes bifsicas podem ser representadas no sistema de eixo

estacionrio bifsico fictcio .

)2/(

)(

ti

ti

i

i

L

L (2)

Aps encontrar as correntes i e i , realiza-se a transformao do eixo bifsico estacionrio para o eixo bifsico

sncrono, atravs da utilizao da matriz de transformao apresentada em (3).

i

isen

seni

i

q

d

cos

cos (3)

Uma vez que se obtm a grandeza de corrente id pela Eq. (3), possvel extrair a sua componente contnua ccd

i

atravs da utilizao de um filtro passa-baixa (FPB), portanto, a corrente fundamental de referncia *si pode ser obtida

atravs da Eq. (4). A corrente de referncia de compensao *ci pode ser encontrada conforme Eq. (5), atravs da

subtrao de Li por *si .

cos.*ccd

isi (4)

** siLici (5)

2.4 Sistema PLL

Atravs de um sistema PLL (Phase-Locked Loop) pode-se obter as informaes da rede eltrica, necessrias para a

gerao das coordenadas do vetor unitrio sncrono, utilizados no algoritmo SRF, tais como ngulo de fase e frequncia.

Na literatura, diversas topologias de sistemas PLL tm sido propostas (Silva et al., 2008). A topologia utilizada

neste trabalho baseada na teoria da potncia ativa instantnea trifsica (p-PLL) utilizando o eixo estacionrio bifsico

de coordenadas , assim, torna-se necessria a gerao de uma tenso fictcia de quadratura 'v , de forma a assegurar

que esta seja ortogonal tenso monofsica medida. A tenso monofsica medida da rede eltrica sv considerada

agora a prpria tenso 'v , e para obter 'v aplica- os sobre a tenso 'v . A Fig. 6

apresenta o diagrama de blocos do sistema PLL monofsico.


sen ( PLL - /2)

ff

i,

p,

p*= 0

sen ( PLL)

PLL^KPPLL

KIPLL/S

1

s

v,

v,

i,

/2

Atraso

vs

Figura 6 - Diagrama de blocos do sistema PLL monofsico.

2.5 Controle para as etapas c.c.-c.a.

Aps obter as correntes de referncia de compensao, necessrio que o sistema apresente uma malha de

controle de corrente de forma a assegurar que o FAPP imponha estas correntes na rede eltrica. Com isso, preciso

obter um modelo matemtico da planta de forma a possibilitar o projeto do controlador da malha de corrente e da malha

do controle do barramento c.c.. Os procedimentos adotados para a sintonia dos controladores e as respostas em

frequncia dos controladores de corrente e tenso do barramento so detalhadamente descritos por (Campanhol et al.,

2013).

Na Fig. 7 demonstrado o diagrama em blocos de controle de corrente do conversor monofsico full-bridge, no

qual a funo de transferncia de malha fechada representada pela Eq. (6) (Campanhol et al., 2013).

SRF

dciControlador PI de corrente

* KPi

KI i s/

____________1Lf s + RLf

KPWMGanho do

PWM

Sistema fsico

Controlador PI do barramento CC

KPv

KIv s/

*

Vdc

Lici ci

Vdc

Vdc

pvi*

Figura 7 - Diagrama em blocos da malha de controle de corrente do FAPP.

ccPWMiLfccPWMf

iiccPWM

c

c

VKKISRVKKPiSL

KISKPVK

S

S

..)..(.

).(.

)(

)(*

(6)

Onde: iKP e iKI so os ganhos do controlador de corrente, proporcional e integral respectivamente; PWMK o ganho

do modulador PWM definido por (Campanhol et al., 2013) e fL a indutncia de filtro e LfR a resistncia da

indutncia do filtro.

O diagrama em blocos do modelo da malha de controle de tenso do FAPP apresentado na Fig. 8 e a funo de

transferncia do sistema de controle da tenso do barramento c.c. apresentado pela Eq. (7), conforme modelo

apresentado por (Campanhol et al., 2013).

*

Controlador PI do barramento CC

KPv

KIv s/

____________

Ccc .Vcc.s

Sistema fsico

*Vcc^ )(s Vcc )(s^Vdidc )(s

^

Figura 8 - Diagrama em blocos da malha de controle de tenso do barramento CC.

vdvdcccc

vdvd

c

cc

KIvSKPvSVC

KIvSKPv

SV

SV

....

...

)(

)(*

(7)


Onde: vKP e vKI so os ganhos, proporcional e integral respectivamente do controlador de tenso; ccC a

capacitncia do barramento c.c. e ccV o valor da tenso mdia no capacitor ccC .

2.6 Sistema anti -ilhamento (AI)

O fenmeno do ilhamento para um sistema de gerao distribudo caracterizado quando o mesmo continua a

alimentar as cargas locais na ausncia da rede de alimentao (Balaguer et al., 2008), no caso de desligamento na

distribuio de energia por parte da concessionria, seja por manuteno ou por problemas tcnicos, os inversores

devem ser desconectados para evitar problemas operacionais e de segurana, caso contrrio, poderia continuar

fornecendo energia e/ou at mesmo danificar os equipamentos residenciais e trazer risco vida para aqueles que

podero vir a dar manuteno na rede eltrica, supondo que esta est sem energia eltrica. Desta forma, existem normas

como IEEE 929-2000 e ABNT. NBR IEC 62116:2012, que versam sobre a interconexo de sistemas fotovoltaicos rede

requerem mtodos eficazes para detectar o ilhamento.

Os algoritmos de anti-ilhamento existentes se dividem em mtodos remotos e mtodos locais, sendo os mtodos

locais divididos em passivos e ativos, ou at mesmo hbridos utilizando mtodos passivos em conjunto com os ativos

(Mahat et al., 2008; Smith et al., 2000 e Beltran, 2006).

Neste trabalho implementado um mtodo ativo de anti-ilhamento, o mtodo Deslocamento de Frequncia

tambm conhecido como SMS (Slip-Mode Frequency Shift). Esse mtodo utiliza realimentao positiva para

desestabilizar o conversor no momento do ilhamento, com isso a frequncia presente na ilha deslocada at que as

protees de frequncia atuem, desligando o inversor e prevenindo a formao da ilha (Severo, 2011; Mahat et al.,

2008). O inversor visto pelo SEP como uma fonte de corrente que possui trs parmetros que podem ser variados nos

quais a realimentao positiva pode ser implementada, so eles: amplitude, frequncia e fase, como mostrado na Eq. (8)

(Severo, 2011), assim, o mtodo SMS utiliza a realimentao positiva de fase na tenso para deslocar a frequncia a tal

ponto que as protees possam atuar.

).(.max invtinvsenIinvI (8)

O controle do inversor utilizando o mtodo SMS, atua fazendo com que o ngulo de fase entre a corrente e a

tenso de sada do inversor, ao invs de ser prximo de zero, feito para ser uma funo da frequncia da tenso,

proporcionando pequenos desvios na frequncia da tenso no PAC e possibilitando que as protees de frequncia

atuem (Yin, 2005).

Figura 9 Resposta de fase da carga e do conversor no algoritmo de AI SMS.

Enquanto o inversor est conectado rede, a rede forar a frequncia de operao do inversor no valor nominal

de 60 Hz, como ilustra a Fig. 9, no permitindo sua variao. Quando ocorre uma falta na rede e a ilha formada,

pequenas perturbaes de frequncia no PAC sero realimentadas positivamente e tendem a desestabilizar o inversor at

que as protees de frequncia atuem.

A curva SMS ilustrada na Fig. 11 dada pela Eq. (9) apresentada por (Mahat et al., 2008):

)(

))1(

(

2.max

sfmf

sfk

fsen (9)

Onde: max o ngulo de fase mximo que ocorre em mf ; mf a frequncia mxima, ou seja, os limites da frequncia

adotados no algoritmo; sf a frequncia nominal da rede e )1(kf a frequncia no ciclo anterior. Para este trabalho

utilizado max = 10 sf =60 Hz e mf com uma variao de 1 Hz.


3. IMPLEMENTAO DO SISTEMA FV COM FILTRO ATIVO

O esquema completo do sistema implementado neste trabalho mostrado na Fig. 1. Pode ser visto, o SRF e

algoritmo de PLL, algoritmo de MPPT, anti-ilhamento, malha de controle de tenso e corrente do barramento c.c.,

assim como o conversor c.c.-c.a. boost e o conversor c.c.-c.a. em ponte completa. O sistema foi implementado por meio

de simulao numrica, usando as ferramentas Matlab/Simulink.

Com o intuito de que as simulaes realizadas fossem to prximas de um sistema real, foram discretizadas todas

as partes do sistema, como os sinais de aquisio de dados e controladores, atrasos de aquisies introduzidas pelo FPB,

bem como o tempo morto dos chaveamentos.

Nas simulaes foram utilizados oito mdulos policristalinos, dois arranjos FV onde cada um deles possui quatro

painis ligados em srie, SW 245 da SolarWorld, onde cada painel contm 60 clulas fotovoltaicos interconectadas, e

nas condies de teste padro (STC: 1000 W/m, 25C, AM 1,5) cada painel fornece 245 Wp. A Tab. 2 apresenta as

principais informaes deste mdulo.

Neste trabalho, a carga no-linear utilizada nas simulaes, composta por um retificador com diodo em ponte

completa seguido de carga RL.

Tabela 2 - Parmetros eltricos do PV SW 245 sob as condies de teste padro (STC).

Potncia mxima

maxP = 245 Wp

Tenso de circuito aberto ocV = 37,5 V

Tenso do ponto de mxima potncia MPPTV = 30,8 V

Corrente de curto circuito scI = 8,49 A

Corrente do ponto de mxima potncia MPPTI = 7,96 A

Na Tab. 3, esto apresentados os principais parmetros utilizados nas simulaes.

Tabela 3 - Parmetros adotados na simulao.

Tenso nominal da rede (eficaz)

sv = 127 V

Frequncia nominal da rede sf = 60 Hz

Potncia mxima do arranjo FV maxP = 1960 W

Tenso de sada do arranjo FV PVV = 123,2 V

Corrente de sada do arranjo FV PVI = 15,92 A

Capacitor de sada do FV PVC =

Indutor - Boost bL = 2,4 mH

Frequncia de chaveamento Boost bf = 30 kHz

Capacitor Barramento c.c. ccC = F

Frequncia de chaveamento VSI-full -bridge chf = 20 kHz

Indutncia de filtro fL = 2,5 mH

Resistncia do filtro de indutncia LfR = 0,48

Indutncia de comutao LL = 1,2 mH

Frequncia de amostragem do conversor A/D af = 60 kHz

Ganho PWM PWMK = 5,33x

410

Ganho do controlador PI de corrente iKP = 226,

iKI = 6,

Ganho do controlador PI do barramento c.c. vKP = 0,275

vKI = 1,42 /s

Ganho do controlador PI do MPPT MPPTKP = 0,

MPPTKI = 0,

Carga no linear retificador em ponte completa cL = 30 mH

cR = 26,6


3.1 Resultados obtidos

A Fig. 10 mostra a tenso da rede Sv , a corrente na rede Si , a corrente de compensao Ci e a corrente da carga

Li . A tenso da rede esta sendo apresentada junto com a corrente na rede. Nesta mesma figura esto apresentados trs

casos diferentes via simulao, caso 1: compensao de potncia reativa e supresso de correntes harmnicas com

cargas no-lineares ligadas rede eltrica; caso 2: compensao de potncia reativa, supresso de correntes harmnicas,

injeo de potncia ativa na rede eltrica com cargas no-lineares conectadas rede eltrica e caso 3: injeo de

potncia ativa na rede eltrica sem cargas presentes.

Na Fig. 10.a o sistema FV est desligado, ento o sistema est apenas operando como filtro ativo, realizando as

compensaes de potncia reativa e suprimindo as correntes harmnicas da carga. Para o caso 2, na Fig. 10.b toda a

potncia ativa, reativa e harmnica consumida pela carga no-linear fornecida pelo sistema fotovoltaico em conjunto

com o filtro ativo, e o excedente de energia ativa no consumida pela carga injetada na rede. Na mesma Fig. 10.c, no

caso 3, a carga desconectada e toda a potncia ativa gerada pelo sistema FV agora injetada na rede eltrica, pode-se

notar que a corrente na rede senoidal e est em oposio de fase em relao tenso da rede.

1 1.02 1.04 1.06 1.08 1.1-200

0

200

1 1.02 1.04 1.06 1.08 1.1

-5

0

5

1 1.02 1.04 1.06 1.08 1.1-5

0

5

1 1.02 1.04 1.06 1.08 1.1-10

0

10

Tempo[s]

1 1.02 1.04 1.06 1.08 1.1-200

0

200

1 1.02 1.04 1.06 1.08 1.1

-5

0

5

1 1.02 1.04 1.06 1.08 1.1

-10

0

10

1 1.02 1.04 1.06 1.08 1.1-10

0

10

Tempo [s]

1 1.02 1.04 1.06 1.08 1.1-200

0

200

1 1.02 1.04 1.06 1.08 1.1

-10

0

10

1 1.02 1.04 1.06 1.08 1.1-20

0

20

1 1.02 1.04 1.06 1.08 1.1-1

0

1

Tempo [s] (a) (b) (c)

Figura 10 Tenso da rede Sv (azul) e corrente na rede Si (vermelho), corrente de sada do inversor Ci (verde) e

Li (rosa) corrente da carga. (a) Caso 1: compensao de potncia reativa e supresso de correntes harmnicas; (b) Caso

2: compensao de potncia reativa, supresso de correntes harmnicas e injeo de potncia ativa na rede; (c) Caso 3:

injeo de potncia ativa na rede eltrica sem cargas presentes.

Em relao taxa de distoro harmnica (TDH), normas como NBR IEC 62116:2012 e IEEE 519-1992

recomendam que a TDH da corrente injetada seja menor que 5%, quando o sistema FV est fornecendo somente

potncia ativa para a rede. Na Tab. 4 so apresentados a TDH para os trs casos mostrados na Fig. 10.

Tabela 4. TDH da corrente da rede e na carga

Modos de operao TDH (%)

si Li

Caso 1: compensao de potncia reativa e supresso de

correntes harmnicas (Psun=0W/m).

4,81 14,77

Caso 2: compensao de potncia reativa, supresso de

correntes harmnicas e injeo de potncia ativa na rede

(Psun=1000 W/m).

3,69

14,72

Caso 3: injeo de potncia ativa na rede eltrica sem

cargas presentes (Psun=1000 W/m).

3,27 ---

Na Fig. 11.a, foram aplicados degraus de radiao solar e temperatura, variando assim a potncia de sada do

arranjo fotovoltaico de modo a analisar a eficincia do algoritmo de MPPT em rastrear a mxima potncia disponvel.

Uma das diversas maneiras para analisar a eficincia de um algoritmo de MPPT com relao ao fator de rastreamento

(FR), que trata do percentual de energia extrada em relao disponvel. O fator de rastreamento obtido com a

utilizao do mtodo P&O foi de 98,7%.

Em (b), para a validao do sistema de proteo de AI, foi simulado uma falha na rede eltrica e o algoritmo de

AI, o mtodo SMS, atuando nesta falha, interrompendo assim a transferncia de energia entre o inversor, a rede e carga,

conectado ao PAC. Nesta figura pode-se observar que na ocorrncia da falta na rede, no tempo 0,5 segundos, a sua

frequncia monitorada tende a se deslocar e o algoritmo de AI aplicar uma realimentao positiva, incrementando esse

deslocamento at que as protees de sobre/sub frequncia atuem, aproximadamente no tempo 0,59 segundos. Aps as

vs is

iC

iL iL

iC

is

vs

is

vs

iL

iC

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