Resumen de Operation of a Photovoltaic Microinverter as Active Power Filter using the single phase P-Q Theory and Sliding Mode Control

Oswaldo López, Sebastián Tilaguy Lezama, Sandra Patricia Rico Ramírez, Luis Darío Cortes Torres

• español

  Contexto: Los microinversores son ampliamente utilizados en instalaciones fotovoltaicas modulares pero su operación con potencia reducida es limitada a inyectar potencia real en la red. Una forma de optimizar el uso de los microinversores consiste en proveerles la capacidad para realizar Filtrado Activo de Potencia (FAP), lo que permite su uso como una unidad tanto de generación como de compensación distribuida, incluso en condiciones desfavorables de irradiación solar. Con esta propuesta, la etapa de salida del microinversor puede suministrar componentes de potencia reactiva y de distorsión para compensar defectos en la calidad de energía de una carga localizada.Método: Este artículo propone una estrategia de control no lineal para integrar la función FAP en un microinversor fotovoltaico monofásico de dos etapas. La propuesta involucra el uso de la teoría P-Q monofásica para generar la referencia de corriente, control en modo deslizante para conseguir un seguimiento robusto de dicha referencia y control lineal robusto para mantener el balance de potencia regulando el voltaje del bus DC intermedio del microinversor. El control propuesto no requiere del uso de filtros pasa-bajos y en cambio usa un cómputo recursivo de valor promedio, mejorando el desempeño general del sistema.Resultados: La propuesta teórica es validada usando resultados de simulación en los que se evidencian niveles apropiados de distorsión armónica en la corriente de la red, los cuales se obtienen para diferentes tipos de carga y niveles de potencia. La robustez del sistema de control es puesta a prueba aplicando perturbaciones en el contenido armónico de la corriente de la carga y su nivel de potencia obteniendo un desempeño dinámico adecuado para las exigencias de la aplicación.Conclusiones: La principal ventaja obtenida con el sistema de control propuesto es la posibilidad de adicionar la función de filtrado activo a los microinversores convencionales para extender su contribución hacia el acondicionamiento eléctrico con la integracción de algunos algoritmos. Se detalla un diseño simple para asegurar confiabilidad, robustez y altos niveles de calidad de potencia.Idioma: Inglés

• English

  Context: Microinverters are widely used in modular photovoltaic installations but its operation with reduced power is limited to inject real power into the grid. One way to optimize the use of microinverters consist of providing them the Active Power Filtering (APF) capability, which allows its use as both distributed generation and compensation unit even under unfavorable conditions of insolation. With this approach, the output stage of the microinverter can provide reactive and distortive components of power in order to compensate power quality defects of a localized load.Method: This paper proposes a non-linear control strategy to integrate the APF function in a single-phase two-stage photovoltaic microinverter. The proposal involves the use of the single-phase P-Q theory to generate the current reference, sliding mode control to achieve a robust tracking of that reference and linear robust control to maintain the power balance regulating the DC-link voltage of the microinverter. The proposed control does not require the use of low-pass filters and in turn uses a recursive average computation improving the general performance of the system.Results: The theoretical approach is validated by means of simulation results in which appropriate levels of harmonic distortion are obtained in the grid-side current for different load types and power levels. The robustness of the control system is tested by applying disturbances in the harmonic content of the load current and its power level obtaining an appropriate dynamic performance adapted to the demands of the application.Conclusions: The main advantage of this proposal is the possibility to add the active filter function to coventional microinverters extending its capability to power conditioning only integrating some algorithms. A simple design method to ensure reliability, robustness and high power quality is detailed.Language: English