Diseño y comparativa de dos técnicas de control de un inversor fotovoltaico para conexión a una red monofásica

Abstract

El presente Trabajo Fin de Grado estudia y diseña dos técnicas de control para un inversor fotovoltaico monofásico de pequeña potencia (6 kW) conectado a red. Dicho inversor fotovoltaico consta en ambos casos de un elevador y de un puente en H monofásico. El convertidor es diseñado (topología y elementos pasivos) en función de las particularidades de cada técnica de control. El primer control estudiado y diseñado se denomina técnica de control convencional, puesto que se trata de una técnica madura ampliamente estudiada y tratada, así como empleada en convertidores comerciales. El control se caracteriza esencialmente porque elevador y puente en H conmutan continuamente a alta frecuencia. El segundo control es definido como técnica de control alternativa. Introduce como innovación respecto del convencional que existen dos modos de funcionamiento diferenciados - Boost y Buck -, de manera que en cada uno de ellos solo conmuta a alta frecuencia una de las etapas. Por tanto, elevador y puente en H funcionan secuencialmente. El objetivo final es determinar cuál de las dos técnicas de control resulta más adecuada para aplicaciones fotovoltaicas conectadas a red y de baja potencia. El análisis de ambas y la comparación entre ellas concluyen que la técnica de control alternativa propuesta es superior al control convencional en que logra mayor eficiencia, requiere menor inductancia en el elevador y capacidad total similar, presenta menor distorsión armónica en la corriente de red y admite un rango más amplio de tensión de entrada

This Final Degree Project studies and designs two control techniques for a smallscale grid-connected photovoltaic inverter (6 kW). The photovoltaic inverter includes two power processing stages: a DC-DC Boost converter and a full-bridge single-phase inverter. The converter features (conversion topology, capacitors and inductances) are designed depending on the characteristics of each control technique. The first control technique is called the conventional one because it has been widely studied and used with commercial converters. This control’s main feature is that both power conversion stages work at high frequency. The second control technique is the alternative control technique. This proposed control innovates from the first one in the operating principle: it has two stages called Boost stage and Buck stage. Only one power stage works at high frequency. So, the boost converter and the full-bridge work sequentially. The final aim is the determination of which one of the two control techniques studied is most suitable for small-scale grid-connected applications. The comparison between both control techniques shows that the proposed alternative control technique has better features as higher efficiency, lower boost inductance, similar total capacitance, lower THD and wider variation of input voltage