Institucional Revista Notícias Contato Acesso Associado

Revista Eletrônica de Potência

About
Issues
Early Access
History
Submission
Editorial policy
Guidelines for Publication
Issue: Volume 27 - Number 4
Publishing Date: dezembro 2022
Editor-in-Chief: Telles Brunelli Lazzarin
Editor Affiliation: UFSC
INVERSOR INTEGRADO ZETA PARA APLICAÇÕES EM SISTEMAS AUTONÔMOS MONOFÁSICOS DE GERAÇÃO DE ENERGIA
Anderson Aparecido Dionizio, Leonardo Poltronieri Sampaio, Sérgio Augusto Oliveira da Silva
313-324
http://dx.doi.org/10.18618/REP.2022.4.0016
Portuguese Data

Palavras Chaves: Conversão de Energia CC/CA, Conversor Zeta, Inversor Integrado, Inversor Zeta

Resumo
Este trabalho apresenta uma nova topologia integrada de inversor monofásico para aplicações autônomas em sistemas de geração de energia. A topologia proposta, nomeada como Inversor Integrado Zeta Monofásico (I2ZM), é projetada para fornecer uma tensão senoidal, regulada e com baixa distorção harmônica para cargas locais a partir de fontes de tensão CC, em um sistema de geração autônomo. O I2ZM é construído a partir da integração de conversores CC-CC Zeta, sendo este projetado para operar no modo de condução descontínua. Por ser uma estrutura de inversor integrado, o I2ZM apresenta vantagens como a de não precisar de um conversor de potência para realizar a elevação da tensão de entrada, ou da necessidade de possuir níveis elevados de tensão na entrada do inversor para realizar a conversão CC/CA. Neste sentido, é realizado um estudo completo do I2ZM, envolvendo análises quantitativa e qualitativa, bem como a análise de pequenos sinais. Por meio de resultados de simulação computacional e experimentais, a viabilidade e a funcionalidade do inversor I2ZM proposto são apresentadas e avaliadas.

English Data

Title: INTEGRATED ZETA INVERTER FOR APPLICATIONS IN SINGLE-PHASE AUTONOMOUS ENERGY GENERATION

Keywords: DC/AC Power Conversion, Integrated Inverter, Zeta Converter, Zeta Inverter

Abstract
This work presents a novel integrated single-phase inverter topology for autonomous applications in distributed generation systems. The proposed topology, called Single-Phase Integrated Zeta Inverter (I2ZM), is designed to supply a sinusoidal and regulated voltage with low harmonic distortion to local loads from DC voltage sources in off-grid single-phase systems. The I2ZM is deployed from the integration of DC-DC Zeta converters, which are intended to operate in discontinuous conduction mode. As an integrated inverter topology, the I2ZM presents some advantages since it does not require a power converter to step up the input voltage or the need for a high voltage level at the inverter input to carry out the DC/AC power conversion. Hence, a complete study of the I2ZM is performed, involving quantitative and qualitative analysis, as well as the small signals analysis. The feasibility and functionality of the proposed I2ZM inverter are presented and evaluated through computational simulations and experimental results.

References

[1] L. A. S. Ribeiro, O. R. Saavedra, J. G. de Matos, S. L. Lima, G. Bonan, A. S. Martins, “Design, Control, and Operation of a Hybrid Electrical Generation System Based on Renewable Energy Sources”, Eletrônica de Potência –SOBRAEP, vol. 15, nº 4, pp. 313-322, Novembro 2010.
Doi: 10.18618/REP.2010.4.313322

[2] K. M. Muttaqi, M. R. Islam, D. Sutanto, “Future Power Distribution Grids: Integration of Renewable Energy, Energy Storage, Electric Vehicles, Superconductor, and Magnetic Bus”, IEEE Transactions on Applied Superconductivity, vol. 29, nº 2, pp. 1-5, Março 2019.
Doi: 10.1109/TASC.2019.2895528

[3] F. R. Alharbi, D. Csala, “GCC Countries’ Renewable Energy Penetration and the Progress of Their Energy Sector Projects”, IEEE Access, vol. 8, pp. 211986-212002, Nov. 2020.
Doi: 10.1109/ACCESS.2020.3039936

[4] A. Qazi, F. Hussain, N. ABD. Rahim, G. Hardaker, D. Alghazzawi, K. Shaban, K. Haruna, “Towards Sustainable Energy: A Systematic Review of Renewable Energy Sources, Technologies, and Public Opinions”, IEEE Access, vol. 7, pp. 63837-63851, May 2019.
Doi: 10.1109/ACCESS.2019.2906402

[5] M. G. Villalva, Energia Solar Fotovoltaica – Conceitos e Aplicações – Sistemas Isolados e Conectados à Rede, Editora Érica, 2ª Edição, [S.l.], 2015.

[6] R. Ruther, Edifícios solares fotovoltaicos- O Potencial da Geração Solar Fotovoltaica Integrada a Edificações Urbanas e Interligadas à Rede Elétrica Pública do Brasil, Editora UFSC, 1ª Edição, Florianópolis, 2004.

[7] B. G. de Assis, E. P. C. Braga, C. B. Nascimento, E. Agostini Jr., “High-Voltage-Gain Integrated Boost-SEPIC DC-DC Converter for Renewable Energy Applications”, Eletrônica de Potência –SOBRAEP, vol. 24, nº 3, pp. 336-344, Setembro 2019.
Doi: 10.18618/REP.2019.3.0025

[8] R. B. Godoy, H. Z. Maia, F. J. Teixeira Filho, L. Galotto Jr., J. O. P. Pinto, G. S. Tatibana, “Projeto e Desenvolvimento de um Sistema Inversor para Fontes de Energia Renovável com Conectividade à Rede Elétrica”, Eletrônica de Potência –SOBRAEP, vol. 12, nº 2, pp. 155-162, Julho 2007.
Doi: 10.18618/REP.2007.2.155162

[9] S. A. O. da Silva, L. P. Sampaio, F. M. de Oliveira, F. R. Durand, “Sistema Fotovoltaico com Condicionamento Ativo de Energia Usando MPPT Baseado em PSO e Malha Feed-Forward de Controle de Tensão do Barramento CC”, Eletrônica de Potência –SOBRAEP, vol. 21, nº 2, pp. 105-116, Junho 2016.
Doi: 10.18618/REP.2016.2.2615

[10] D. H. Wollz, S. A. O. da Silva, L. P. Sampaio, “Desenvolvimento de um Emulador Eólico Eletrônico Baseado no Modelo Dinâmico do Gerador Síncrono de Ímã Permanente”, Eletrônica de Potência –SOBRAEP, vol. 24, nº 4, pp. 448-458, Dezembro 2019.
Doi: 10.18618/REP.2019.4.0032

[11] J. W. Zapata, S. Kouro, G. Carrasco, H. Renaudineau, T. A. Meynard, “Analysis of Partial Power DC–DC Converters for Two-Stage Photovoltaic Systems”, IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, vol. 7, nº 1, pp. 591-603, Março 2019.
Doi: 10.1109/JESTPE.2018.2842638

[12] O. Abdel-Rahim, H. Wang, “A New High Gain DC-DC Converter with Model-Predictive-Control Based MPPT Technique for Photovoltaic Systems”, CPSS Transactions on Power Electronics and Applications, vol. 5, nº 2, pp. 191-200, Junho 2020.
Doi: 10.24295/CPSSTPEA.2020.00016

[13] M. A. G. de Brito, L. P. Sampaio, M. G. Alves, C. A. Canesin, “Inversor buck-boost tri-state integrado trifásico para aplicações fotovoltaicas”, Eletrônica de Potência –SOBRAEP, vol. 19, nº 1, pp. 81-89, Fevereiro 2014.
Doi: 10.18618/REP.2014.1.081089

[14] M. A. G. de Brito, L. P. Sampaio, J. C. U. Peña, C. A. Canesin, “Família de inversores monofásicos e trifásicos integrados”, Eletrônica de Potência –SOBRAEP, vol. 19, nº 4, pp. 368-376, Novembro 2014.
Doi: 10.18618/REP.2014.4.368376

[15] W. Wu, J. Ji, F. Blaabjerg, “Aalborg Inverter – A New Type of “Buck in Buck, Boost in Boost” Grid-Tied Inverter”, IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 30, nº 9, pp. 4784-4793, Setembro 2015.
Doi: 10.1109/TPEL.2014.2363566

[16] L. P. Sampaio, S. Augusto Oliveira da Silva, P. J. Silva Costa, “Integrated Zeta Inverter Applied in a Single-Phase Grid-Connected Photovoltaic System”, in Proc. of COBEP/SEPC, vol. 15, pp. 1-6, 2019.
Doi: 10.1109/COBEP/SPEC44138.2019.9065295

[17] L. P. Sampaio, P. J. S. Costa, S. A. O. da Silva, “Modified Zeta Inverter Intended for Single-Phase Grid-Tied Photovoltaic System”, Sustainable Energy Technologies and Assessments, vol. 52, pp. 1-16, Agosto 2022, In Press.
Doi: 10.1016/j.seta.2022.102076

[18] R. K. Surapaneni, A. K. Rathore, “A Single-Stage CCM Zeta Microinverter for Solar Photovoltaic AC Module”, IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, vol. 3, nº 4, pp. 892-900, Dezembro 2015.
Doi: 10.1109/JESTPE.2015.2438012

[19] V. Gautam, A. Kumar, P. Sensarma, “A novel single stage, transformerless PV inverter”, in Proc of. ICIT, vol. 2014, pp. 907-912, 2014.
Doi: 10.1109/ICIT.2014.6894951

[20] R. W. Erickson, Fundamentals of Power Electronics, Editora Springer, 1ª Edição, Boston, 1997.

[21] K. OGATA, Engenharia de Controle Moderno, Editora Pearson Prentice Hall, 5ª Edição, [S.l.], 2010.

[22] I. BARBI, “Modelagem de Conversores CC-CC Empregando Modelo Médio em Espaço de Estado”, [S.l.: s.n.], 2015. [Online]. Disponível: www.ivobarbi.com.br.

[23] Jian Sun, D. M. Mitchell, M. F. Greuel, P. T. Krein, R. M. Bass, “Averaged modeling of PWM converters operating in discontinuous conduction mode”, IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 16, nº 4, pp. 482-492, Julho 2001.
Doi: 10.1109/63.931052

[24] R. C. Viero, F. S. dos Reis, “Modelo de Pequenos Sinais do Conversor Zeta Operando no Modo de Condução Descontínua”, Eletrônica de Potência –SOBRAEP, vol. 20, nº 4, pp. 334-346, Novembro 2015.
Doi: 10.18618/REP.2015.4.2520

[25] B. A. Angélico, S. A. O. da Silva, L. B. G. Campanhol, “Proportional–Integral/Proportional–Integral-Derivative Tuning Procedure of a Single-Phase Shunt Active Power Filter Using Bode Diagram”, IET Power Electronics, vol. 7, nº 10, pp. 2647-2659, Outubro 2014.
Doi: 10.1049/iet-pel.2013.0789

[26] IEEE Standard for Interconnection and Interoperability of Distributed Energy Resources with Associated Electric Power Systems Interfaces, IEEE Std. 1547-2018, 2018.
Doi: 10.1109/IEEESTD.2018.8332112

[27] IEC 61727- Photovoltaic (PV) Systems – Characteristics of the Utility Interface, IEC Std. 61727:2004, 2004.

Seja um
Associado

A afiliação à SOBRAEP permite aos sócios (Efetivos, Aspirantes e Corporativos) acesso completo ao site da SOBRAEP e descontos em inscrições de alguns congressos da área, além da participação nos Webinars promovidos pela associação. Também existem três tipos de patrocínio disponíveis para o site/COBEP.