Projeto e implementação de um inversor de três portas isolado com comutação suave

Abstract

Resumo: O objetivo desse trabalho é projetar e implementar um inversor de três portas isolado com comutação suave. O inversor em estudo gerencia o fluxo de energia elétrica produzida por painéis fotovoltaicos para a bateria e para a rede CA. Um sistema típico de produção de energia elétrica com essas características utiliza três conversores. O inversor de três portas unifica os três conversores em apenas um dispositivo. Sua topologia é classificada como parcialmente isolada e seu circuito é formado por um inversor em ponte completa unfolding integrado com um conversor elevador. Seu controle é realizado através de duas variáveis. A primeira é o ângulo da modulação por deslocamento de fase, que gerência o fluxo de potência do barramento principal para a rede CA. A segunda variável é a razão cíclica do conversor elevador que realiza o controle do fluxo de potência do painel fotovoltaico para a bateria. O circuito do inversor de três portas é implementado em ambiente de simulação e um protótipo de 200 W é construído com o objetivo de validar a topologia proposta e medir a eficiência de operação. Como resultado, o inversor de três portas proposto foi capaz de injetar uma corrente na rede CA ao mesmo tempo em que alcançava o ponto de máxima potência do painel fotovoltaico. Os interruptores da ponte completa apresentaram comutação com zero de tensão. Sua eficiência ficou entre 87% a 96% e foi capaz de operar nos três modos, dupla entrada, dupla saída e uma entrada e uma saída. Entre as principais contribuições desse projeto estão a validação da topologia proposta e o modelo de modulação aplicado ao inversor de três portas proposto. Palavras-chave: Inversor de Três Portas. Conversor de Três Portas. Inversor em Ponte Completa Unfolding.

Abstract: The objective of this work is to design and implement an isolated three-port inverter with zero voltage switched. Its function is to manage the flow of electric energy produced by photovoltaic panels to the battery and to the AC power grid. A typical power generation system with these characteristics uses three converters. The threeport inverter unifies the three converters in only one device. Its topology is classified as partly-isolated and its circuit is formed by a full bridge inverter unfolding interleaved with a boost converter. Its control is performed through two variables. The first is the phase shift modulation angle, which manages the power flow of the main bus to the AC power grid. The second variable is the cyclic ratio of the boost converter that controls the power flow of the photovoltaic panel to the battery. The three-port inverter circuit is implemented in simulation environment and a 200 W prototype is constructed with the purpose of validating the topology and measuring the efficiency of operation. As a result, the proposed three-door inverter was able to inject current into the AC grid while achieved the maximum power point of the photovoltaic panel. The complete bridge switches presented zero voltage switching. Its efficiency ranged from 87% to 96% and was able to operate in three modes, double input, double output and one input and one output. Among the main contributions of this project are the validation of the topology used and the modulation model applied to the proposed three-port inverter. Keywords: Three Doors Inverter. Three Doors Converter. Unfolfing Full Bridge Inverter.