Inversor tipo String basado en red cuasi-Z para aplicación en fotovoltaica residencial

Abstract

Esta tesis pretende dar solución a algunos de los problemas actuales que presentan los convertidores electrónicos de potencia (PEC), concretamente el alto DFR (Rizado de Doble Frecuencia) en la potencia de entrada de inversores monofásicos que empeora la eficiencia del MPPT (Maximum Power Point). Para reducir el DFR se utilizan condensadores de alto valor de capacidad, que se pueden reducir utilizando técnicas de desacoplamiento pasivas o activas (Active Power Decoupling, APD). En este trabajo introduce un nuevo CEP basado en ISN (Impedance Source Network) o qZSN qZSN (quasi Z Source Network), que permite introducir mejoras en cuanto a la inmunidad en ST (Shoot - Through) y CIC (Continuous Input Current). También se propone el BIC (Battery Interface Converter) que proporciona energía incluso sin fuente de entrada, y se elige el el controlador dPR (damped Proportional Resonant) con circuito HC (Harmonic Compensation) para conseguir la calidad requerida y que permite además evitar los picos de corriente producidos durante el período de arranque, evitando así la actuación de la protección de corriente. Para la eliminación de los picos de la tensión del bus de continua durante el proceso de arranque, se propone un controlador PID, mientras que para compensar las pérdidas de energía adicionales causadas por el BIC se propone el enfoque de APD. Los resultados teóricos han sido confirmados en pruebas experimentales con un prototipo qZSI con BIC, demostrando que el sistema propuesto se adapta a las exigencias de las instalaciones residenciales fotovoltaicas.

This thesis intends to give a solution to some of the problems that arise in the Power Electronic Converters (PEC) at the present, namely the high Double Frequency Ripple (DFR) in the input power of single-phase inverters that decrease efficiency of MPPT (Maximum Power Point) algorithm. In order to reduce DFR input power, capacitors with high capacitance are used, that can be avoided with the solution proposed in this thesis, substituting them for other decoupling ones using active (Active Power Decoupling, APD) or passive techniques. This work introduced a new PEC based on ISN (Impedance Source Network) o qZSN (quasi Z Source Network), allowing introducing advantages related with ST (Shoot - Through) and CIC (Continuous Input Current) immunity. A Battery Interface Converter (BIC) is proposed to produce energy even without any supply. Optimized dPR (damped Proportional Resonant) controller with the HC circuit was selected to avoid current spikes during the start-up period, which may cause the current trigger protection. PID controller was used to stabilize the dc-link voltage during the boost mode. Finally, to compensate the additional power losses caused by BIC, the APD approach is adopted. The theoretical results were confirmed by experimental results that were achieved by building up a qZSI with a BIC prototype. The tests showed that the designed qZSI with BIC fulfil residential photovoltaic application requirements.