Estudo e implementação de conversores estáticos aplicados a fontes renováveis para melhoria da qualidade da energia elétrica
Conversores Multiníveis; Inversores Conectados à Rede; Filtro LCL; Qualidade de Energia; Grid-Forming, Grid-Following; PS-PWM; Sistema IEEE 13 Barras.
A crescente penetração de fontes renováveis variáveis (FRV), em especial fotovoltaica e eólica, impõe novos desafios de estabilidade e de qualidade da energia nos alimentadores de distribuição. Nesse contexto, conversores eletrônicos de potência assumem papel central ao realizar a interface entre as FRV e a rede (FALCÃO, 2010), condicionando tensão, corrente e potência ativa/reativa conforme padrões normativos. Este trabalho investiga, de forma comparativa, topologias e estratégias de controle/modulação para conversores conectados à rede visando a melhoria da qualidade da energia no ponto de conexão comum (PCC). Propõe-se uma plataforma de simulação aplicada ao sistema IEEE de 13 barras, integrando OpenDSS (fluxo de potência e estudos de rede) e PLECS/Matlab (modelagem dinâmica do conversor), com cenários que contemplam variações de irradiância/vento e diferentes níveis de curto-circuito (redes fracas). São avaliados inversores a dois níveis e multiníveis (NPC e Flying Capacitor ), filtros L e LCL, e técnicas de modulação (SPWM, SVM e PS-PWM), sob controle grid-following e grid-forming. As métricas incluem THD de tensão/corrente no PCC, fator de potência, perfil de tensão, esforços de chaveamento/perdas e desempenho dinâmico (ride-through). Como contribuições, apresenta-se: (i) um protocolo de avaliação comparativa com indicadores objetivos; (ii) um procedimento prático de projeto de filtro LCL com amortecimento ativo/passivo; e (iii) diretrizes de seleção de topologia e controle em função da força da rede. Espera-se demonstrar que arranjos multiníveis, combinados a modulação apropriada e controle em malhas internas bem sintonizadas (SILVA, 2013), são capazes de reduzir distorções, melhorar o perfil de tensão e garantir operação conforme limites normativos em redes fracas.