Resumo: O conversor multinível modular (MMC: Modular Multilevel Converter) tem ganhado destaque em diversas aplicações, incluindo a conversão de energia solar fotovoltaica (FV). Esta tese propõe uma estratégia de tolerância a falhas baseada em algoritmos de permutação para uma topologia do conversor MMC aplicado a sistemas fotovoltaicos, utilizado como uma configuração de inversor centralizado com otimizadores de potência em cada submódulo. A proposta aproveita as características naturais do MMC, como estrutura modular, flexibilidade e maior eficiência de conversão. Devido à sua estrutura modular, o conversor MMC pode ser adaptado para sistemas fotovoltaicos, agregando suas vantagens e enfrentando os desafios de controle inerentes a esse tipo de conversor. A topologia proposta é composta por submódulos fotovoltaicos (SMFV), submódulos redundantes (SMr) e submódulos de reserva (SMR), todos conectados em série no mesmo braço do conversor. Garantir a operação ininterrupta do sistema FV baseado no conversor MMC é fundamental, mesmo em caso de falhas nos SMFV, SMr ou SMR. Para isso, deve-se procurar funcionamento correto dos SMFV, incluindo o rastreamento do ponto de máxima potência e o isolamento em relação ao lado de corrente alternada do conversor, além do controle dos SMr e SMR em caso de falhas. Para detectar e localizar falhas nos SMFV/SMr, é utilizado o método de observadores de modo deslizante adaptado ao conversor MMC proposto. Para reconfigurar o sistema após falhas, são propostos algoritmos de permutação relacionados à tensão dos capacitores e ao sinal de comando dos SMFV/SMr/SMR. Especificamente, quando ocorre uma falha em um SMFV, o algoritmo de distribuição e controle da tensão dos SMr é ativado. Para alcançar esse objetivo, são realizadas simulações do conversor proposto em operação normal e com falhas, considerando o controle da tensão dos SMFV e a conexão com a rede elétrica. Posteriormente, falhas são intencionalmente provocadas para testar a tolerância a falhas em diversos cenários Ver menos

Abstract: The modular multilevel converter (MMC) has gained prominence in various applications, including photovoltaic (PV) solar energy conversion. This thesis proposes a fault-tolerant strategy based on permutation algorithms for an MMC topology applied to photovoltaic systems, used as a centralized inverter configuration with power optimizers in each submodule. The proposal take advantage of the natural characteristics of the MMC, such as modular structure, flexibility, and higher conversion efficiency. Due to its modular structure, the MMC can be adapted for photovoltaic systems, gaining its advantages and facing the control challenges inherent to this type of converter. The proposed topology comprises photovoltaic submodules (SMFV), redundant submodules (SMr), and reserve submodules (SMR), all connected in series in the same converter arm. Ensuring the uninterrupted operation of the PV system based on the MMC is essential, even in the event of failures in the SMFV, SMr, or SMR. Therefore, it is essential to ensure the proper functioning of the SMFV, including maximum power point tracking and isolation from the AC side of the converter, as well as the control of the SMr and SMR in case of failures. To detect and locate faults in the SMFV/SMr, a sliding mode observer method adapted to the proposed MMC is employed. For reconfiguring the system after failures, permutation algorithms related to capacitor voltage and the control signal of the SMFV/SMr/SMR are proposed. Specifically, when a failure occurs in an SMFV, the SMr voltage distribution and control algorithm is activated. To achieve this objective, simulations of the proposed converter in normal and faulty operation are carried out, considering the control of the SMFV voltage and the connection to the power grid. Subsequently, faults are intentionally introduced to test fault tolerance in various scenarios Ver menos