Tecnica master-slave per l’impiego di inverter paralleli negli impianti fotovoltaici

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Un gruppo di scienziati dell’Università di Hradec Kralove, in Repubblica Ceca, ha sviluppato un sistema master-slave per il controllo di inverter paralleli collegati a un impianto fotovoltaico.

Il gruppo di ricerca ha spiegato che l’utilizzo di inverter paralleli negli impianti fotovoltaici è una strategia per ottimizzare la produzione di energia elettrica mantenendo l’efficienza e l’affidabilità del sistema, osservando che le architetture master-slave, un concetto ben noto per il controllo e la regolazione di risorse condivise, sono comunemente utilizzate negli impianti fotovoltaici off-grid collegati allo stoccaggio.

Nei sistemi master-slave, un’entità master riceve uno o più input e poi crea entità slave per eseguirli. Il master controlla anche il numero di slave e le funzioni di ciascuno di essi.

“Il controllo automatico master-slave è implementato per ottenere una rapida risposta dinamica e una precisa distribuzione della potenza del carico”, hanno detto gli studiosi, sottolineando che la sfida principale di questa configurazione, tuttavia, è ridurre al minimo la corrente circolante tra le unità parallele. Hanno inoltre spiegato che gli approcci precedenti agli inverter in parallelo avevano dato priorità ai problemi di stabilizzazione. “Questa struttura master-slave consente al fotovoltaico di fornire la massima energia alla microgrid. L’accumulo fornisce un supporto alla tensione e alla frequenza del sistema agendo come fonte di tensione master”.

Il team ha dichiarato che la tecnica di controllo proposta si basa su quattro pilastri: un’efficace riduzione della corrente di circolazione, un MPPT accurato che combina il metodo di perturbazione e osservazione (P&O) con un algoritmo proporzionale-integrale-derivativo (PID), una risposta rapida alle variazioni del carico e della radiazione in meno di 50 millisecondi e un periodo di ammortamento di 3,6 anni.

Gli scienziati hanno utilizzato, in particolare, un controllore PID ad assi d-q-0, un’unità master basata su un controllo PID ad anello di tensione e unità slave che utilizzano un controllo PID a doppio anello di corrente. “L’anello esterno delle unità slave è responsabile dell’inseguimento della potenza massima delle unità fotovoltaiche, mentre l’anello interno è responsabile della condivisione della quantità di potenza desiderata con una corrente in fase con la corrente di carico”, hanno spiegato.

Attraverso una serie di simulazioni, gli scienziati hanno scoperto che l’inverter master collegato alle batterie era in grado di mantenere costante la tensione del sistema e di compensare i deficit della generazione fotovoltaica. L’approccio proposto è risultato anche in grado di limitare efficacemente le correnti di circolazione tra gli inverter.

Inoltre, è stato osservato che l’MPPT fa funzionare tutti i pannelli solari al loro esatto MPP con un’efficienza del 100% e fluttuazioni trascurabili, indipendentemente dalle condizioni di carico e di irraggiamento. Il sistema di controllo risponde a qualsiasi variazione del carico o dell’irraggiamento in meno di 50 millisecondi, garantendo un funzionamento rapido ed efficiente del sistema, hanno concluso.

La nuova strategia di controllo è stata presentata nell’articolo “Maximizing photovoltaic system power output with a master-slave strategy for parallel inverters”, pubblicato su Energy Reports.

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