Sistema de inyección de energía cooperativo para plantas de generación fotovoltaica

Abstract

Esta Tesis se ha elaborado con el fin de desarrollar un sistema de inyección de potencia de la energía procedente de una planta de generación fotovoltaica hacia la red general de distribución. La innovación que aporta la topología propuesta consiste en la asociación cooperativa de dos inversores, uno multinivel y otro tradicional, que consigue una óptima calidad de la potencia inyectada, a la vez que se mejora la eficiencia del conjunto. Primeramente, se realiza un estudio sobre el escenario actual de las fuentes de generación distribuida, para posteriormente fijar los objetivos buscados. Posteriormente, se realiza una revisión bibliográfica relativa a las topologías de inyección de energía fotovoltaica a red. Seguidamente, se mencionan los métodos empleados para las principales funciones asociadas a dichos sistemas, incluyendo el seguimiento del punto de máxima potencia, las técnicas de sincronización y el anti-islanding. Para desarrollar la topología propuesta, se hace un análisis de inversores de n niveles, profundizando en el inversor de 2 niveles y en el inversor de 3 niveles, incluyendo el estudio de pérdidas de ambos. Se propone una estructura de sincronización que mejora la robustez ante perturbaciones en la señal de entrada. Finalmente, se presenta la topología cooperativa monofásica y trifásica propuesta como sistema de inyección de potencia fotovoltaica conectado a red compuesta por un inversor de 3 niveles con diodos de clamping que se centra en inyectar la potencia y un inversor tradicional que se centra en controlar la calidad de la misma. La topología se valida con resultados experimentales.

This document has been carried out with the goal of developing a power system to inject the energy of a photovoltaic plant into the grid. The innovation of the work consists in a proposed topology that relies on the cooperative association of two inverters, a multilevel and a traditional one, to improve the whole efficiency with higher power quality. Firstly, a present study about the distributed generation sources is done in order to set the general objectives. Later, an overview of the grid connected photovoltaic power injection systems is summarized from the literature. Next, the different methods of the basic functions associated to these systems, including the maximum power point tracking, the synchronization algorithm and the anti-islanding, are mentioned. The proposed topology is developed after an analysis of the n-level inverters, and specifically the two-level inverter and the neutral point clamped inverter, including the losses study of both converters. A grid synchronization method has been proposed too as a part of the control algorithm, which improves the response under distorted conditions. Finally, the cooperative topology proposed is presented, in its single-phase and three-phase structure, as a grid connected photovoltaic power injection system composed by a neutral point clamped that injects the power quantity term and a traditional inverter that controls the power quality term. The topology is validated through experimental results.