Detection of Stressed Electronic Components in PV Inverter using Thermal Imaging

Authors

  • João Marcus Callegari Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais - CEFET/MG
  • Lucas Gusman Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais - CEFET/MG
  • Dayane Mendonça Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais - CEFET/MG https://orcid.org/0000-0003-2425-0509
  • William Amorim Universidade Federal de Viçosa - UFV https://orcid.org/0000-0002-2054-4393
  • Inglith Alves Universidade Federal de Viçosa - UFV
  • Heverton Augusto Pereira Universidade Federal de Viçosa https://orcid.org/0000-0003-0710-7815
  • Francisco Pinto Universidade Federal de Viçosa - UFV

Keywords:

inverter, temperature, thermal stress, image processing

Abstract

Static power inverters emerged with the growth of renewable energy generation. These types of inverters have revolutionized the electrical energy conversion process, with advantages in terms of efficiency, volume, costs, among others. Static inverters are devices composed of inductors, capacitors, power semiconductors and signal microprocessor circuits. Several studies conclude that thermal stress is the main trigger for the degradation of its components, rapidly leading to reduced efficiency in the energy conversion process, economic losses and, in the worst case, system failure. In this sense, this work proposes an algorithm, based on thermal imaging processing, capable of detecting the overheated components in photovoltaic inverter. The algorithm is capable of presenting the temperature distribution in the inverter, detecting and diagnosing if some component has a temperature above the proper one for its normal functioning, evaluating several scenarios of active power processed by the inverter. The implemented classifier achieved a global exaction of 97.9% and a Kappa value of 0.974 on the image classification of a 1.5 kW photovoltaic inverter from PHB electronics.

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Author Biographies

João Marcus Callegari, Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais - CEFET/MG

João Marcus Soares Callegari é mestrando em Engenharia Elétrica pelo Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais (CEFET-MG), na área de Eletrônica de Potência e Energias Renováveis. Possui graduação em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Viçosa (UFV). Atualmente é integrante da Gerência de Especialistas em Sistemas Elétricos de Potência – GESEP, onde desenvolve trabalhos na área de confiabilidade e vida útil de dispositivos de potência e controle de conversores fotovoltaicos.

Lucas Gusman, Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais - CEFET/MG

Lucas Soares Gusman é mestrando em Engenharia Elétrica pelo Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais (CEFET-MG) na área de Eletrônica de Potência e Energias Renováveis. Possui graduação em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Viçosa (UFV). Atualmente trabalha no estudo dos impactos de usinas fotovoltaicas no fator de potência, correção de fator de potência com inversores multifuncionais trifásicos, bancadas experimentais de algoritmos MPPT de conversores c.c. e coleta de dados meteorológicos para avaliação de vida útil de conversores.

Dayane Mendonça, Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais - CEFET/MG

Dayane do Carmo Mendonça graduou-se em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Viçosa (UFV) em 2018. Possui ensino médio técnico em Eletrotécnica pelo Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais (CEFET-MG), campus Leopoldina. Na UFV atuou como gerente de Qualidade na Empresa Júnior de Engenharia Elétrica (diElétrica). Atualmente, é mestranda do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica do CEFET-MG e especialista do GESEP, onde desenvolve trabalhos e pesquisas na área de Sistemas Elétricos de Potência, com foco em Conversores Modulares Multíniveis e sistemas fotovoltaicos.

William Amorim, Universidade Federal de Viçosa - UFV

William Caires Silva Amorim possui graduação em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Viçosa – UFV e mestrado em Engenharia Elétrica pela pelo Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais (CEFET-MG). Atualmente é professor substituto do Departamento de Engenharia Elétrica da UFV e integrante do GESEP - Gerência de Especialistas em Eletrônica de Potência, onde desenvolve pesquisas na área de Conversores Modulares Multiníveis (MMC) aplicados em sistemas ES-STATCOM.

Inglith Alves, Universidade Federal de Viçosa - UFV

Inglith de Souza Lage Alves é mestranda em Engenharia Agrícola pela Universidade Federal de Viçosa (UFV), na área de Mecanização Agrícola com ênfase em Agricultura de Precisão. Possui graduação em Engenharia de Agrimensura e Cartográfica pela Universidade Federal de Uberlândia (UFU). Atualmente trabalha no desenvolvimento de sistemas de posicionamento com correção em tempo real para VANTs.

Heverton Augusto Pereira, Universidade Federal de Viçosa

Heverton Augusto Pereira (M’12) received the B.S. degree in electrical engineering from the Federal University of Viçosa (UFV), Viçosa, Brazil, in 2007, the M.Sc. degree in electrical engineering from the University of Campinas, Campinas, Brazil, in 2009, and the Ph.D. degree from the Federal University of Minas Gerais, Belo Horizonte, Brazil, in 2015.,He was a Guest Ph.D. Scholar with Aalborg University, Aalborg, Denmark, in 2014. He has been an Adjunct Professor with the Electric Engineering Department, UFV, since 2009. His main research interests include grid-connected converters for photovoltaic and wind power systems, and high-voltage dc/flexible ac transmission system-based on MMC.

Francisco Pinto, Universidade Federal de Viçosa - UFV

Francisco de Assis de Carvalho Pinto possui graduação em Engenharia Agrícola pela Universidade Federal de Viçosa (1990), mestrado em Engenharia Agrícola pela Universidade Federal de Viçosa (1992) e doutorado em Engenharia Agrícola - University of Illinois (2000). Atualmente é professor Associado da Universidade Federal de Viçosa. Tem experiência na área de Engenharia Agrícola, com ênfase em Visão Artificial, atuando principalmente nos seguintes temas: agricultura de precisão, visão artificial, processamento de imagens, simulação e máquinas agrícolas.

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Published

2021-03-09

How to Cite

Callegari, J. M., Gusman, L., Mendonça, D., Amorim, W., Alves, I., Pereira, H. A., & Pinto, F. (2021). Detection of Stressed Electronic Components in PV Inverter using Thermal Imaging. IEEE Latin America Transactions, 18(10), 1760–1767. Retrieved from https://latamt.ieeer9.org/index.php/transactions/article/view/3546

Issue

Vol. 18 No. 10 (2020): Ordinary Issue

Section

Articles