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Análise dos impactos das correntes harmônicas nas redes de distribuição causados pela grande penetração de geração fotovoltaica

In this work, the effects of harmonic currents in a distribution network system with several photovoltaic inverters were analyzed. In the first part, the inductivecapacitiveinductive (LCL) filter sizing methodology was carried out for inverters connected to a “strong” grid, according to the establis...

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Autor principal:	Carmo, Adalto Vinícius Rodrigues do
Formato:	Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação)
Idioma:	Português
Publicado em:	Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2022
Assuntos:	Energia elétrica – Distribuição Fator de potência Harmônicos (Ondas elétricas) Inversores elétricos Filtros elétricos Sistemas de energia fotovoltaica Electric power distribution Electric power factor Harmonics (Electric waves) Electric inverters Electric filters Photovoltaic power systems CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Acesso em linha:	http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/29364
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id	riut-1-29364
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spelling	riut-1-293642022-08-24T06:07:06Z Análise dos impactos das correntes harmônicas nas redes de distribuição causados pela grande penetração de geração fotovoltaica Analysis of the impacts of harmonic currents on distribution networks caused by the large penetration of photovoltaic generation Carmo, Adalto Vinícius Rodrigues do Costa, Jean Patric da Costa, Jean Patric da Oliveira, Ricardo Vasques de Tiveroli Filho, Santo Energia elétrica – Distribuição Fator de potência Harmônicos (Ondas elétricas) Inversores elétricos Filtros elétricos Sistemas de energia fotovoltaica Electric power distribution Electric power factor Harmonics (Electric waves) Electric inverters Electric filters Photovoltaic power systems CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA In this work, the effects of harmonic currents in a distribution network system with several photovoltaic inverters were analyzed. In the first part, the inductivecapacitiveinductive (LCL) filter sizing methodology was carried out for inverters connected to a “strong” grid, according to the established parameters of total harmonic distortion of current ( 𝑇𝐻𝐷𝑖), resonant frequency (𝑓𝑟𝑒𝑠), damping coefficient (𝜉) and the power factor at the common connection point (𝑓𝑝). To verify the proposed methodology of the filter, the measurement of the harmonic content is used in the simulation of the photovoltaic system connected to the distribution network in the PSIM software. In the second part, four threephase secondary distribution network systems with photovoltaic generation are adopted, consisting of: 1) five photovoltaic generators with nominal power of 15 kW and five loads with a nominal apparent power of 15 kVA and unity power factor, 2) five photovoltaic generators with a nominal power of 15 kW and five loads with a nominal apparent power of 15 kVA and 0.98 inductive power factor, 3) five photovoltaic generators with nominal power 15 kW and five loads with a nominal apparent power of 15 kVA and 0.98 capacitive power factor, 4) two photovoltaic generators of 12 kW, two photovoltaic generator of 15 kW and one photovoltaic generator of 24 kW; two loads with nominal apparent power of 12 kVA and 0.95 and 0.98 inductive power factor, two loads with nominal apparent power of 15 kVA and 0.98 inductive and unitary power factor and one load with a nominal apparent power of 24 kVA and unitary power factor. The total harmonic distortion of current (𝑇𝐻𝐷𝑖 ) and voltage (𝑇𝐻𝐷𝑣) were investigated in 28 cases in systems 1, 2 and 3 based on the amounts of generated and consumed power with variation of the distances between the buses; and in 5 cases for system 4 based on the power generated according to the PVDG (Photovoltaic Distributed Generation) curve and on the power consumed according to typical values of residential demand, obtained by the IEA (International Energy Agency). Inverters were designed with 𝑇𝐻𝐷𝑖 current generation equal to 4.35% below the reference value of 5.0%, respecting the IEEE 5192014 standard for “weak” and “strong” networks. What affected the waveforms of the distribution network currents and the phase voltages on the buses, caused by the presence of harmonic frequencies in the system. It was found that the beginning of the day is one of the worst periods for photovoltaic energy generation, due to the low solar irradiance, consequently, the currents generated by the inverters presented greater total harmonic distortion. However, when inverters with current generation of 𝑇𝐻𝐷𝑖 equal to 0.50% were designed, the impacts of harmonic currents on distribution networks were contained. Neste trabalho foram analisados os efeitos das correntes harmônicas em um sistema de rede de distribuição com vários inversores fotovoltaicos. Na primeira parte foi realizado a metodologia de dimensionamento do filtro indutivo-capacitivo-indutivo (LCL) para os inversores conectados à uma rede “forte”, de acordo com os parâmetros estabelecidos de distorção harmônica total de corrente (𝐷𝐻𝑇𝑖), frequência de ressonância (𝑓𝑟𝑒𝑠), coeficiente de amortecimento (𝜉) e fator de potência no ponto de conexão comum (𝑓𝑝). Para verificação da metodologia proposta do filtro é utilizado a medição do conteúdo harmônico na simulação do sistema fotovoltaico conectado à rede de distribuição no software PSIM. Na segunda parte são adotados quatro sistemas de rede de distribuição secundário trifásico com geração fotovoltaica, constituídos por: 1) cinco geradores fotovoltaicos com potência nominal de 15 kW e cinco cargas com potência aparente nominal de 15 kVA e fator de potência unitário, 2) cinco geradores fotovoltaicos com potência nominal de 15 kW e cinco cargas com potência aparente nominal de 15 kVA e fator de potência 0,98 indutivo, 3) cinco geradores fotovoltaicos com potência nominal de 15 kW e cinco cargas com potência aparente nominal de 15 kVA e fator de potência 0,98 capacitivo, 4) dois geradores fotovoltaicos de 12 kW, dois geradores fotovoltaicos de 15 kW e um gerador fotovoltaico de 24 kW; duas cargas com potência aparente nominal de 12 kVA e fator de potência 0,95 e 0,98 indutivo, duas cargas com potência aparente nominal de 15 kVA e fator de potência 0,98 indutivo e unitário e uma carga com potência aparente nominal de 24 kVA e fator de potência unitário. Foram investigados a distorção harmônica total de corrente (𝐷𝐻𝑇𝑖) e tensão (𝐷𝐻𝑇𝑣) em 28 casos nos sistemas 1, 2 e 3 baseados nas quantidades de potência gerada e consumida com variação das distâncias entre os barramentos; e em 5 casos para o sistema 4 baseados na potência gerada conforme a curva de GDFV (Geração Distribuída Fotovoltaica) e na potência consumida segundo valores típicos de demanda residencial, obtidos pela AIE (Agência Internacional de Energia). Foram projetados inversores com geração de corrente de 𝐷𝐻𝑇𝑖 igual a 4,35% abaixo do valor de referência de 5,0%, respeitando a norma IEEE 5192014 para redes “fracas” e “fortes”. O que afetou as formas de onda das correntes da rede de distribuição e das tensões de fase nos barramentos, causadas pela presença de frequências harmônicas no sistema. Constatouse que o início do dia é um dos piores períodos para geração de energia fotovoltaica, por conta da baixa irradiância solar, consequentemente, as correntes geradas pelos inversores apresentaram maior distorção harmônica total. Porém, quando foram projetados inversores com geração de corrente de 𝐷𝐻𝑇𝑖 igual a 0,50%, os impactos das correntes harmônicas nas redes de distribuição foram contidos. 2022-08-23T11:16:41Z 2022-08-23T11:16:41Z 2022-06-13 bachelorThesis CARMO, Adalto Vinícius Rodrigues do. Análise dos impactos das correntes harmônicas nas redes de distribuição causados pela grande penetração de geração fotovoltaica. 2022. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Elétrica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Pato Branco, 2022. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/29364 por openAccess https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/ application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Pato Branco Brasil Departamento Acadêmico de Elétrica Engenharia Elétrica UTFPR
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description	In this work, the effects of harmonic currents in a distribution network system with several photovoltaic inverters were analyzed. In the first part, the inductivecapacitiveinductive (LCL) filter sizing methodology was carried out for inverters connected to a “strong” grid, according to the established parameters of total harmonic distortion of current ( 𝑇𝐻𝐷𝑖), resonant frequency (𝑓𝑟𝑒𝑠), damping coefficient (𝜉) and the power factor at the common connection point (𝑓𝑝). To verify the proposed methodology of the filter, the measurement of the harmonic content is used in the simulation of the photovoltaic system connected to the distribution network in the PSIM software. In the second part, four threephase secondary distribution network systems with photovoltaic generation are adopted, consisting of: 1) five photovoltaic generators with nominal power of 15 kW and five loads with a nominal apparent power of 15 kVA and unity power factor, 2) five photovoltaic generators with a nominal power of 15 kW and five loads with a nominal apparent power of 15 kVA and 0.98 inductive power factor, 3) five photovoltaic generators with nominal power 15 kW and five loads with a nominal apparent power of 15 kVA and 0.98 capacitive power factor, 4) two photovoltaic generators of 12 kW, two photovoltaic generator of 15 kW and one photovoltaic generator of 24 kW; two loads with nominal apparent power of 12 kVA and 0.95 and 0.98 inductive power factor, two loads with nominal apparent power of 15 kVA and 0.98 inductive and unitary power factor and one load with a nominal apparent power of 24 kVA and unitary power factor. The total harmonic distortion of current (𝑇𝐻𝐷𝑖 ) and voltage (𝑇𝐻𝐷𝑣) were investigated in 28 cases in systems 1, 2 and 3 based on the amounts of generated and consumed power with variation of the distances between the buses; and in 5 cases for system 4 based on the power generated according to the PVDG (Photovoltaic Distributed Generation) curve and on the power consumed according to typical values of residential demand, obtained by the IEA (International Energy Agency). Inverters were designed with 𝑇𝐻𝐷𝑖 current generation equal to 4.35% below the reference value of 5.0%, respecting the IEEE 5192014 standard for “weak” and “strong” networks. What affected the waveforms of the distribution network currents and the phase voltages on the buses, caused by the presence of harmonic frequencies in the system. It was found that the beginning of the day is one of the worst periods for photovoltaic energy generation, due to the low solar irradiance, consequently, the currents generated by the inverters presented greater total harmonic distortion. However, when inverters with current generation of 𝑇𝐻𝐷𝑖 equal to 0.50% were designed, the impacts of harmonic currents on distribution networks were contained.
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