Aplicação de controle FCS-MPC com função de custo restrita em conversores boost fotovoltaicos

Abstract

Em face da crescente demanda por eletricidade e do esforço global na adoção de fontes de energia renováveis, a necessidade de conversores de potência confiáveis e estratégias de controle eficientes atreladas a eles torna-se cada vez mais urgente. Sistemas fotovoltaicos (FV) dependem fortemente de conversores de alto desempenho para otimizar a produção de energia e realizar a interface entre os painéis e a rede elétrica interligada. Contudo, esses conversores introduzem desafios consideráveis às estratégias clássicas de controle, em função da sua natureza intrinsecamente não linear e variante no tempo. Nesse contexto, este trabalho propõe a aplicação do Controle Preditivo Baseado em Modelo com Conjunto de Controle Finito (FCS-MPC) em conversores CC-CC do tipo boost voltados para aplicações fotovoltaicas. Para isso, foi feita a modelagem do conversor tanto em espaço de estados quanto por meio da modelagem média de pequenos sinais, permitindo uma análise completa do comportamento dinâmico do sistema. A validação computacional das estratégias propostas foi realizada no ambiente MATLAB/Simulink, utilizando S-functions para o encapsulamento dos algoritmos de controle desenvolvidos em linguagem C. Os resultados obtidos foram comparados com aqueles provenientes de um controlador linear digital. O desempenho dinâmico dos controladores propostos foi analisado à luz de critérios quantitativos como tempo de assentamento, máximo sobressinal e métricas que avaliam a integral do sinal de erro: IAE, ISE, ITAE e ITSE. As simulações demonstraram que o método FCS-MPC proporciona uma resposta dinâmica significativamente mais rápida e eficaz, além de apresentar maior robustez, mostrando-se menos suscetível a perturbações nas variáveis de entrada. Essas características destacam o potencial da técnica como uma alternativa promissora para o controle de conversores em sistemas fotovoltaicos modernos.