Desenvolver uma metodologia de ensaio em inversor de tensão para emular computacionalmente o comportamento do inversor

Abstract

Resumo: Em 2012, a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) estabeleceu, por meio de resoluções normativas, os requisitos mínimos para conexão elétrica de micro e minigeração distribuída na rede de distribuição de energia do país. Desde então, vem ocorrendo um crescimento expressivo em conexões de geração fotovoltaica no sistema interligado nacional. Isso levou a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) a desenvolver normas que estabelecessem os critérios e procedimentos para homologação de inversores utilizados em sistema de geração fotovoltaico conectado à rede de distribuição. Porém, os ensaios normativos são realizados de forma que apenas uma das grandezas elétricas seja alterada em cada ensaio, enquanto os demais parâmetros permanecem com seus valores nominais e constantes, não havendo interação simultânea entre as variações das grandezas elétricas entre um ensaio e outro. No entanto, em um sistema de geração fotovoltaica conectado ao sistema elétrico, sofre variações simultâneas de grandezas, como a irradiância, a qual é responsável pela variação da potência gerada, a tensão elétrica, a frequência e as distorções harmônicas de tensão. Apesar de não serem contempladas pelas normas, essas interações alteram o comportamento da corrente elétrica fornecida pelo inversor durante sua operação. O objetivo deste trabalho, portanto, é desenvolver e implementar uma técnica de ensaios considerando as variações simultâneas desses fatores, registrando as grandezas elétricas para a constituição de um banco de dados com os resultados desses ensaios. Com esses dados armazenados, foram implementados no software Matlab técnicas de interpolação que melhor representassem o comportamento de operação do inversor em vários pontos não ensaiados. Os resultados dos valores estimados por meio da interpolação, foram validados comparando esses resultados com valores reais obtidos do inversor ao submeter a novos ensaios com parâmetros ainda não ensaiados, por apresentar pequenos erros os resultados foram considerados aceitáveis. Dessa forma, a implementação das técnicas de ensaios e interpolação poderá ser utilizada para simular o comportamento da rede que contemple esse tipo de fonte de energia. Isso proporcionará ao usuário obter resultados com mais precisão, do que efetivamente irá acontecer quando o sistema for implantado, permitindo detectar problemas que não seriam identificados com simulações menos precisas e ainda na etapa de simulação realizar ações corretivas. Palavras-chave: Qualidade de energia. Sistema fotovoltaico. Ensaio de inversores. Inversores para conexão à rede. Comportamento de sistema fotovoltaico. Simulação da operação de inversor fotovoltaico.

Abstract: In 2012, the National Electric Energy Agency (ANEEL) established, through normative resolutions, the minimum requirements for the electrical connection of micro and mini-generation distributed in the country's energy distribution network. Since then, there has been an expressive growth in photovoltaic generation connections in the national interconnected system. This led the Brazilian Technical Standards Association (ABNT) to develop standards that established the discretion and procedures for the approval of inverters used in a photovoltaic generation system connected to the distribution network. However, the normative tests are performed in such a way that only one of the electrical quantities is changed in each test, while the other parameters remain with their nominal and constant values, with no simultaneous interaction between the variations of the electrical quantities between one test and another. However, in a photovoltaic generation system connected to the electrical system, it undergoes simultaneous variations of quantities, such as irradiance, which is responsible for the variation of the generated power, the electrical voltage, the frequency and the harmonic distortions of voltage. Although not covered by the standards, these interactions change the behavior of the electrical current supplied by the inverter during its operation. The objective of this work, therefore, is to develop and implement a test technique considering the simultaneous variations of these factors, recording the electrical quantities for the constitution of a database with the results of these tests. With these data stored, interpolation techniques were implemented in the Matlab software that best represented the operating behavior of the inverter at various points not tested. The results of the estimated values through interpolation were validated by comparing these results with real values obtained from the inverter when submitting to new tests with parameters not yet tested, presenting errors within acceptable limits. In this way, the implementation of testing and interpolation techniques can be used to simulate the behavior of the network that includes this type of energy source. This will allow the user to obtain results with more precision, than will effectively happen when the system is implanted, allowing to detect problems that would not be identified with less accurate simulations and even in the simulation stage to take corrective actions. Keywords: Power quality. Photovoltaic system. Inverter testing. Inverters for connection to the grid. Behavior of photovoltaic system. Simulation of photovoltaic inverter operation.