Modelagem, controle e simulação de um inversor conectado à rede por meio de realimentação de estados observados

Abstract

Em um mundo onde as energias renováveis vem ganhando espaço devido à necessidade de redução de gases de efeito estufa, buscam-se soluções através de pesquisas e desenvolvimento de novas tecnologias para que os meios de produção energéticos sustentáveis sejam mais acessíveis e tenham um rendimento cada vez maior. Em virtude disto, no ramo fotovoltaico, equipamentos fundamentais para a operação e distribuição da energia provinda dos painéis solares - os inversores conectados à rede - são objetos de estudo nas áreas de engenharia com foco em eletrônica e controle. Baseando-se em tais perpectivas, buscou-se através deste documento a apresentação dos principais componentes para o controle de um inversor monofásico conectado à rede, com foco principal no controle de corrente por espaço de estados por meio da realimentação de estados observados. Ferramentas auxiliares necessárias para realização do controle também são apresentadas, como o rastreamento de máxima potência (MPPT, do inglês Maximum Power Point Tracking) e geração de referência (PLL, do inglês Phase Locked Loop). O comportamento do mecanismo é posto à prova com a adição de harmônicas e com a defasagem de referência para injeção de potência reativa. Tanto o inversor como seu controle foram simulados através do software Matlab Simulink e os resultados se mostraram fidedignos aos esperados durante o projeto, sendo eficientes na rejeição de harmônicas, geração e seguimento de referência e rastreamento de máxima potência.

The need to reduce greenhouse gases is increasing renewable energy importance. Through research and development of new technologies sustainable energy production means are more accessible and have an increasingly efficient performance. As a result, in the photovoltaic sector, an essential equipment for the operation and distribution of energy from solar panels - grid-connected inverters - is object of study in the engineering field focused on electronics and control. Based on such perspectives, this document aims to present the main components for the control of a single-phase grid-connected inverter, with a main focus on space state current control through the observed states feedback. Auxiliary tools to perform the control are also presented, such as Maximum Power Point Tracking (MPPT) and Phase Locked Loop (PLL). The behavior of the mechanism is tested with harmonics disturbance and reactive power injection due to a phase-shifted reference. Both the inverter and its control were simulated using Matlab Simulink and the results proved to be reliable to those expected during the project, resulting in an efficient harmonic rejection, reference generation, reference tracking and maximum power tracking.