Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη και κατασκευή εργαστηριακής διάταξης για προσομοίωση συστήματος μετατροπής αιολικής ενέργειας σε ηλεκτρική με ασύγχρονη γεννήτρια δακτυλιοφόρου δρομέα και ηλεκτρονικούς μετατροπείς ισχύος. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Σκοπός της εργασίας είναι η μελέτη και η κατασκευή διάταξης με χρήση ασύγχρονης μηχανής δακτυλιοφόρου δρομέα και ενός τριφασικού αντιστροφέα πηγής τάσης, για να λειτουργήσει η μηχανή σαν γεννήτρια σε υποσύγχρονες ταχύτητες. Πρόκειται για ένα σύστημα που συναντάται στις ανεμογεννήτριες και προσφέρει πολλά πλεονεκτήματα και ευελιξία σε σχέση με της άλλες τοπολογίες. Αρχικά έγινε μια εκτενής μελέτη της λειτουργικής συμπεριφορά της διάταξης καθώς και τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα που παρουσιάζει. Το πλήρες σύστημα της ανεμογεννήτριας περιλαμβάνει την ασύγχρονη γεννήτρια δακτυλιοφόρου δρομέα με το τύλιγμα του στάτη της συνδεδεμένο στο δίκτυο και το τύλιγμα του δρομέα συνδεδεμένο με έναν μετατροπέα AC-DC-AC συχνότητας με ηλεκτρονικά ισχύος. Ο μετατροπέας AC-DC-AC αποτελείται από δύο επιμέρους ελεγχόμενους μετατροπείς, το μετατροπέα από την πλευρά του δικτύου και τον μετατροπέα από την πλευρά του δρομέα, και έναν πυκνωτή στη συνεχή διασύνδεση των δύο μετατροπέων. Ακόμα γίνεται καταγραφή και ανάλυση των μεθόδων ελέγχου κλειστού βρόχου, οι οποίες αποτελούν μεγάλο κομμάτι για την ομαλή λειτουργία του συστήματος. Έπειτα ακολούθησε η προσομοίωση του συστήματος με χρήση του λογισμικού MATLAB/Simulink. Τα αποτελέσματα της προσομοιώσης παρουσιάζουν τη λειτουργία της ασύγχρονης μηχανής σαν γεννήτρια και ειδικότερα σαν ανεμογεννήτρια. Τόσο στην προσομοίωση όσο και στα πειράματα έγινε έλεγχος ανοιχτού βρόχου αν και η κατασκευή των πλακετών έγινε με προσανατολισμό να καθιστά εφικτό μελλοντικά την υλοποίηση ελέγχου κλειστού βρόχου. Τέλος ακολουθούν οι μετρήσεις, που καταγράφηκαν, από το εργαστηριακό πείραμα και τα συμπεράσματα για την λειτουργία της κατασκευής, καθώς επίσης και τρόποι βελτίωσης της. / This thesis is focused on the design and construction of laboratory layout to simulate the conversion of wind energy into electricity with wound rotor asynchronous generator and power electronic converters. This work was conducted in the Laboratory of Electromechanical Energy Conversion, Department of Electrical and Computer Engineering, Faculty of Engineering, University of Patras. The main purpose of this project was to study and build a system using a wound rotor asynchronous generator and a three-phase voltage source inverter to operate the machine as a generator in subsynchronous speeds. This system is commonly used in wind turbines and offers many advantages and flexibility compared to the other topologies. Initially, an extensive study has been made on the system operation, the advantages and disadvantages. The overall wind turbine system includes the wound rotor asynchronous generator with the stator winding connected directly to the grid and the rotor winding connected to a back-to-back frequency converter with power electronics. The back-to-back converter consists of two controlled converters, the grid side converter (GSC) and the rotor side converter (RSC) and a DC-link capacitor. Furthermore, it has been made a detail analysis of the converter’s closed loop control methods. Moreover, simulation of the system has been made using the software program MATLAB/Simulink. The results of the simulations clearly show the asynchronous machine in generation mode and operate as if in wind turbines. An open loop control was applied in both the simulation and the laboratory application. The manufacturing of the hardware is oriented to make possible the implementation of closed loop control in the future. Finally follow the measurements recorded by the laboratory experiment and the conclusion for the operation of the system in the laboratory, as well as ways to improve it.

Thesis (MScEng)--Stellenbosch University, 2003. / ENGLISH ABSTRACT: This report presents the design and development of a multilevel inverter for DC reticulation. Two main multilevel inverter topologies are introduced and discussed. The research focusses on the flying capacitor multilevel topology, since it became evident that it is more suitable for DC reticulation than the diode clamped multilevel topology. A bootstrap power supply for the gate drive circuits of a multilevel inverter is developed and its feasibility verified experimentally. A self-starting auxiliary power supply, that aims at addressing the power supply problem of DC to AC and DC to DC converters, is designed and its functionality demonstrated on a flying capacitor multilevel inverter. An FPGA based digital controller for implementing the inverter's control algorithms is also discussed. This controller incorporates a feed-forward output voltage regulation technique. Experimental results obtained with the four-level flying capacitor multilevel inverter, using the FPGA based digital controller and the self-starting auxiliary power supply, are presented in this report. / AFRIKAANSE OPSOMMING: In hierdie verslag word die ontwerp en ontwikkelling van 'n multivlak omsetter vir GS retikulasie bespreek. Twee hoof multivlak omsetter topologië word voorgestel en bespreek. Die navorsing fokus op die "vlieënde-kapasitor" multivlak topologië omdat dit duidelik geword het dat dit 'n beter opsie is vir die GS retikulasie as die diode-klamp multivlak topologië. 'n Kragbron vir die hekaandryfbane van die multivlak omsetter is ontwikkel en die werking daarvan is met experimentele toetse bevestig. 'n Self-begin kragbron, wat die probleem van die kragtoevoer aan die GS na WS en die GS na GS omsetters aanspreek, is ontwerp en die funksionaliteit is gedemonstreer met die "vlieënde-kapasitor" multivlak . omsetter. 'n Digitale beheerder, gebaseer op 'n FPGA, wat gebruik word om die omsetter se beheer algoritmes te implementeer, word ook bespreek. Hierdie beheerder inkorporeer 'n vorentoe-voer uittree spannings regulasie tegniek. Eksperimentele resultate wat gekry is met 'n vier-vlak "vlieënde-kapasitor" multivlak omsetter, wat van die FPGA gebaseerde digitale beheerder en die self-begin kragbron gebruik maak, word ook in die verslag bespreek.

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-08-28T20:15:07Z No. of bitstreams: 1 DIEGO ALBERTO ACEVEDO BUENO – DISSERTAÇÃO (PPGEEI) 2015.pdf: 8647076 bytes, checksum: c16b323a227c1c3224d8f023324db513 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-28T20:15:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DIEGO ALBERTO ACEVEDO BUENO – DISSERTAÇÃO (PPGEEI) 2015.pdf: 8647076 bytes, checksum: c16b323a227c1c3224d8f023324db513 (MD5) Previous issue date: 2015-08 / CNPq / Esta dissertação examina seis topologias hibridas assimétricas com acoplamento magnético. O termo topologia hibrida assimétrica se refere a qualquer topologia que combine os princípios das topologias clássicas com duas fontes de tensão isoladas ou mais com tensões diferentes. Das topologias propostas, quatro possuem saída única conectada ao ponto intermediário do barramento e as restantes dispõem de saída diferencial usando outro braço de dois níveis. Para simplificar o estudo destas topologias, desenvolveu-se um modelo elétrico e magnético detalhado dos indutores acoplados usando componentes de modo comum e diferencial. Posteriormente, esse modelo foi inserido no modelo do conversor para o desenvolvimento de uma estratégia de controle da corrente de saída e da corrente de modo diferencial garantindo a operação em modo de condução continua com número reduzido de componentes. Os modos de operação e as respectivas estratégias de modulação são apresentados. Além disso, o efeito da diferença das tensões de polo máximas sobre o desempenho dos conversores e na escolha do indutor acoplado foi analisado. Para avaliar o desempenho destas topologias, foram realizadas simulações com os modelos completos das chaves e dos diodos usando o software PSIM fixando a potência de saída para todas as topologias em 1 kVA. Também, alguns resultados experimentais em malha aberta são apresentados para validar os modelos desenvolvidos / This paper examines six asymmetric hybrid topologies with magnetic coupling. The term “asymmetric hybrid topology” refers to any topology that combines the principles of classical topologies with two isolated voltage sources or more with different voltages. From these topologies, four have single-ended output connected to the midpoint of dc-link and the remaining has differential output employing another two-level arm. To simplify the analysis, a detailed electric and magnetic model of the coupled inductors was developed appealing to common- and differential-mode components. Subsequently, this model was inserted into the model of the converter for developing a control strategy for the output and the differential mode currents, ensuring the operation in continuous conduction mode with a reduced number of components. The modes of operation and the modulation strategies are presented. In addition, the difference of the maximum pole voltages was analyzed for determining its effect on the converter performance and the coupled inductor selection. To evaluate the performance of these topologies, simulations were performed with the complete models of switches and diodes using the PSIM software by setting the output power at 1 kVA for all topologies. Also, experimental open loop results are presented to validate the developed models.

Esta dissertação de mestrado propõe desenvolver a modulação vetorial (space vector – SV) para um inversor trifásico multinível híbrido assimétrico de nove níveis por fase com ponte-H em cascata (cascaded H-bridge – CHB). A verificação do desempenho ocorre através de simulações em software de simulação matemática, e posterior comparações entre duas simulações realizadas, como também a comparação da simulação de melhor desempenho com simulações obtidas com a modulação por síntese de formas de onda quase-quadradas e a modulação híbrida. Para tanto, inicialmente são revisadas as topologias de inversores de frequência mais tradicionais na literatura, identificando as suas características para justificar a escolha da topologia híbrida assimétrica. Posteriomente são revisados os métodos de modulação para inversores de frequência, identificando na modulação vetorial vantagens para sintetização das tensões de linha. Após, são relacioanados trabalhos envolvendo a modulação space vector aplicada em inversores multiníveis. Em seguida, a modulação SV é desenvolvida para o inversor trifásico multinível híbrido assimétrico de nove níveis por fase com ponte-H em cascata, sendo realizadas as seguintes etapas: definição dos possíveis vetores de comutação (estados de chaveamento) do inversor proposto no espaço tridimensional e no plano α-β; identificação dos planos limites e dos planos de separação dos setores no plano α-β; obtenção das matrizes de decomposição e; definição da sequência de comutação. Os resultados, obtidos por meio de software de simulação matemática, dos gráficos das tensões de fase e tensões de linha, assim como os valores de distorção harmônica total (total harmonic distortion – THD), fator de distorção de primeira ordem (first order distortion factor – DF1), tensão de modo comum, espectro harmônico dos sinais das tensões (de fase e de linha) são analisados, sendo os índices de THD, DF1 e tensão de modo comum comparados entre duas sequências de comutação diferentes para o inversor proposto. Também, os valores desses índices são comparados com outras técnicas de modulação (modulação por síntese de formas de onda quase-quadradas (QQ) e a modulação híbrida). O desenvolvimento e os resultados das simulações da modulação SV na topologia híbrida assimétrica de nove níveis proposta, assim como as análises das comparações, apontam resultados satisfatórios, identificando um potencial grandioso da modulação SV desenvolvida. / Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2017-09-29T13:33:41Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Fernando Covolan Rosito.pdf: 6134096 bytes, checksum: e34621dae75a6139302a387eb73107b7 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-29T13:33:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Fernando Covolan Rosito.pdf: 6134096 bytes, checksum: e34621dae75a6139302a387eb73107b7 (MD5) Previous issue date: 2017-09-29 / This dissertation proposes to develop the space vector (SV) modulation for a three phase hybrid asymmetric multilevel inverter of nine levels per phase with cascaded H-bridge (CHB). Performance verification occurs through software simulations, and subsequent comparisons between two simulations performed, as well as the comparison of the best performance simulation with simulations obtained with the step wave modulation and hybrid modulation. To do this, the topologies of more traditional frequency inverters are reviewed in the literature, identifying their characteristics to justify the choice of hybrid asymmetric topology. Subsequently, the modulation methods for frequency inverters are reviewed, identifying the advantages of vector modulation for the synthesis of line voltages. Afterwards, works involving the space vector modulation applied in multilevel inverters are related. Then, the SV modulation is developed for a three phase hybrid asymmetric multilevel inverter of nine levels per phase with cascaded H-bridge (CHB). The following steps are performed: definition of the possible switching vectors (switching states) of the proposed inverter in three-dimensional space and in the plane α-β; identification of boundary planes and separation plans of sectors in the α-β plane; obtaining the decomposition matrices e; definition of the switching sequence. The results, obtained through mathematical simulation software, of the phase voltages and line voltages graphs, as well as the values of total harmonic distortion (THD), first order distortion factor (DF1), common mode voltage, harmonic spectrum of the voltage signals (phase and line) are analyzed, with THD, DF1 and common mode voltage indices being compared between two different switching sequences for the proposed inverter. In addition, the values of these indices are compared with other modulation techniques (step wave modulation and hybrid modulation). The development and results of the SV modulation simulations in the nine-level hybrid asymmetric topology proposed, as well as the comparative analyzes, indicate satisfactory results, identifying a great potential for SV modulation developed.

Orientador: Carlos Alberto Canesin / Banca: Falcondes Jose Mendes de Seixas / Banca: Dionizio Paschoareli Junior / Banca: Ernane Antônio Alves Coelho / Banca: José Demisio da Silva / Resumo: Uma das importantes aplicações dos sistemas inversores está associada ao fornecimento de energia elétrica. Com este foco destacam-se o fornecimento para cargas críticas, o fornecimento em áreas desprovidas dos usuais sistemas de transmissão e distribuição e aplicações com multi-fontes primárias de energia, incluindo-se neste caso, as aplicações para geração distribuída, com possibilidade de conectividade com a rede elétrica de distribuição ou, com o paralelismo entre estruturas isoladas. Atualmente, topologias e filosofias de controle que atendam as características das aplicações supracitadas são de interesse técnico e científico. Neste sentido, a possibilidade de paralelismo entre inversores sem interconexão do controle tem se mostrado atrativa à medida que se exigem sistemas distribuídos e adaptáveis às variações paramétricas do circuito. Entretanto, problemas de estabilidade e resposta dinâmica devem ser solucionados para garantir a confiabilidade de tais sistemas. Sendo assim, neste trabalho inicialmente é realizada a modelação em espaço de estados de sistemas compostos por inversores cuja filosofia de controle esteja embasada nas curvas P- e Q-V. Com esta modelação, tornam-se possíveis avaliações de estabilidade e resposta dinâmica através dos autovalores da matriz de estados. Propõe-se assim a busca da estabilidade dos sistemas com melhores respostas dinâmicas através de alterações nos valores da matriz de estados, resultando-se em autovalores que representem parâmetros de desempenho otimizados. Obviamente que alterações na matriz de estados estão associadas a alterações na planta, contudo, alterações em parâmetros físicos não são interessantes, uma vez que não são simples de serem obtidas na prática. Sendo assim, são propostas alterações nas constantes que definem as inclinações das curvas de controle P- e Q-V... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: One of main applications of inverter systems is associated to electrical energy supply. With this focus it emphasizes the supply of energy to critical loads, the supply of energy to areas devoid of the usual transmission and distribution systems of energy and the use of primary energy in multi-fonts applications, including in this case, distributed generation applications with grid connectivity or, parallelism in stand alone applications. Currently, topologies and control philosophies capable to assure the applications characteristics above mentioned are in technical and scientific interests. In this way, the possibility of inverter parallelism with no control interconnection has showed attractive, since distributed systems and adaptable systems to parametric variations are mandatory nowadays. However, stability troubles and inadequate dynamic responses must be solved to ensure reliability of these systems. So, in this work is performed the state space modeling of systems set by inverters whose control philosophy is based on P- and Q-V curves. With this modeling it becomes possible evaluations of stability and dynamic response through state matrix eigenvalues. Thus, it proposes to assure the systems stability and better dynamic responses through changes on state matrix values, resulting in eigenvalues that represent optimized performance parameters. Obviously those variations in state matrix are associated with plant variations, however, physical parameters variations are not interesting, seeing that it is not simple to be obtained in practical situations. In face of this are proposed variations in constants that define the slopes of P- and Q-V curves. These slopes intervene directly on state matrix values and consequently in systems eigenvalues. The variations on constants are not performed randomly, nevertheless based on evolutionary algorithm capable to search values that represent...(Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Esta pesquisa apresenta um estudo comparativo de inversores monofásicos conectados à rede (sem transformador de acoplamento), empregando geradores fotovoltaicos. Inicialmente é destacada a crescente demanda mundial por energia elétrica e o crescimento da utilização de geração através de fontes renováveis, impulsionando o desenvolvimento dessas tecnologias. Também é apresentado um resumo sobre a geração de energia elétrica fotovoltaica descentralizada, incluindo os principais tipos de sistemas e a sua conexão à rede de distribuição da concessionária. Em busca da redução do custo da energia elétrica produzida com geradores fotovoltaicos, a eliminação do transformador de baixa frequência que conecta o inversor à rede, foi apresentada como uma alternativa interessante. Porém associada à conexão direta do inversor podem surgir correntes de fuga devido à existência de capacitâncias parasitas entre as células fotovoltaicas do painel e o potencial de terra do sistema gerador-rede. Para evitar esses problemas várias modificações no circuito eletrônico dos inversores têm sido propostas visando eliminar variações na tensão de modo comum destes. Esse trabalho busca avaliar algumas destas topologias visando definir parâmetros de desempenho que possam servir como base para a escolha de uma topologia em detrimento as demais para um conjunto de especificações tais como a potência instalada do gerador ou a amplitude da tensão da rede, dentre outros. / This research presents a comparative study of single-phase transformerless grid connected inverters, employing photovoltaic generators. Initially is highlighted the increasing worldwide demand for electricity and the growth of the use of renewable sources, driving the development of these technologies. It is also presented an overview of the photovoltaic decentralized power generation, including the major types of systems and their connection to the utility grid. In order to reduce the electricity cost of photovoltaic generation, the elimination of low frequency transformer that connects the inverter to the grid, was presented as an interesting alternative. But associated with the direct inverter connection, leakage currents may arise due to the existence of parasitic capacitances between the panel photovoltaic cell and the system ground. To avoid these problems, several modifications in the electronic circuit of the inverter have been proposed to eliminate variations in the inverter common mode voltage. This research evaluates some of these topologies in order to define performance parameters that can serve as the basis for choosing a topology over the other for a set of specifications such as the installed power or the amplitude of grid voltage, among others.

O presente trabalho realiza o estudo e implementação de um filtro ativo de potência paralelo (FAPP) aplicado em sistemas trifásicos a quatro fios utilizando a topologia de um inversor de tensão four-legs, visando a redução do conteúdo harmônico gerado por cargas não lineares e a compensação de reativos. A geração das correntes de referência de compensação é obtida através da estratégia de compensação baseada no sistema de eixos de referência síncrona (SRF) a qual utiliza conceitos de controle vetorial. O sincronismo do sistema SRF é realizado através de um circuito q-PLL (q-Phase Locked Loop) o qual é baseado no conceito da teoria da potência instantânea imaginária (teoria pq). A análise matemática da topologia four-legs é desenvolvida a fim de se obter um modelo linear em espaço de estados que represente o sistema físico para os sistemas de coordenadas abc, αβ0 e dq0. O método de controle proposto é implementado em eixos dq0, através de três controladores do tipo PI (Proporcional-Integral), os quais são projetados utilizando os conceitos de margem de estabilidade. Um estudo detalhado da modulação Space Vector aplicada a sistemas trifásicos four-legs é apresentado. Resultados de simulações são apresentados para validar o modelo do filtro proposto bem como a técnica de controle aplicada. Por fim, os resultados experimentais obtidos são avaliados considerando a a recomendação IEEE 519-1992 para mostrar a capacidade do FAPP na supressão de correntes harmônicas e compensação de potência reativa. / This work deals with the study and analysis of a parallel active power filter (APF) applied to three-phase four-wire systems using a four-leg inverter, aiming the suppresion of the harmonic content of non-linear loads and reactive power compensation. The generation of the compensation current references is obtained by means of the strategy based on the synchronous reference frame (SRF) system, which utilizes the concepts of vector control. The timing of the SRF system is performed through a q-PLL (q-Phase Locked Loop) circuit that is based on the imaginary instantaneous power theory. Mathematical analysis is developed in order to obtain a linear model in state space that represents the physical system in the coordinate systems abc, αβ0 and dq0. The proposed control method is implemented in dq0 axes through three Proportional-Integral (PI) controllers, which are designed using the concepts of stability margin. A detailed study of Space Vector modulation applied to three-phase four-leg inverter is presented. Simulation results are presented to validate the model of the APF and the control technique adopted. Finally, experimental results are obtained and evaluated considering the recommendation IEEE 519-1992 to show the capability of the parallel APF of current harmonic suppression and reactive power comensation.

Thesis (MTech (Electrical, Electronic and Computer Engineering))--Cape Peninsula University of Technology, 2015. / The growing interest in the use of solar energy to mitigate climate change, reduction in the cost of PV system and other favourable factors have increased the penetration of the PV(Photovoltaic) systems in the market and increase in the worldwide energy supply. The main component in a DG is a smart inverter connected in a grid-tied mode which serves as a direct interface between the grid and the RES (Renewable Energy System). This research work presents a three phase grid-tied inverter with active and reactive power control capabilities for renewable energy sources (RES) and distributed generators (DG). The type of the inverter to be designed is a Voltage Source Inverter (VSI). The VSI is capable of supplying energy to the utility grid with a well regulated DC link at its input. The solution this project proposes is an implementation of the designed filter to effectively reduce the harmonics injected into the grid to an acceptable value according to standards and also an approach to control the real and reactive power output of the inverters to help solve the problems of instability and power quality of the distribution system. The design, modelling and simulation of the smart inverter system is performed in MATLAB/SIMULINK software environment. A 10 kW three-phase voltage source inverter system connected to the utility grid was considered for this research. Series of simulations for the grid-connected inverter (GCI) model was carried out using different step changes in active and reactive power references which was used to obtain the tracking response of the set power references. The effectiveness of the control system which was designed to track the set references and supply improved power quality with reduced current ripples has been verified from the simulation results obtained.

Este trabalho apresenta um estudo comparativo, o projeto e a implementação de técnicas de controle lineares e não-lineares aplicadas em conversores estáticos de energia elétrica. O principal objetivo deste estudo é controlar, tanto a tensão de saída como o equilíbrio das tensões dos capacitores do barramento CC (Corrente Contínua) de um inversor NPC (Neutral Point Campled) três níveis monofásico. As técnicas de controle utilizadas são o PID (Proporcional-Integral-Derivativo), o ANLPID-GGF (Adaptive Non Linear PID – Gaussian Like Gain Functions), o LQR (Linear Quadratic Regulator) e o SDRE (State Dependent Riccati Equation). O ANLPID-GGF é uma proposta de otimização do controlador PID convencional utilizando funções de ganhos variáveis. Todos os controladores são projetados para manter os mesmos pólos dominantes (autovalores) do sistema em malha fechada de acordo com o modelo do conversor. Desta forma é possível realizar uma comparação mais coerente entre as quatro técnicas de controles estudadas. Com a determinação dos pólos dominantes do sistema é realizado o projeto dos controladores LQR e SDRE por alocação de pólos. Com o projeto por alocação de pólos pode-se evitar os sobre sinais comuns nas aplicações que utilizam controladores LQR e SDRE. Através da análise comparativa entre os quatro controladores, pode-se identificar as características distintas de cada método. Desta forma, também é proposta uma implementação paralela de controladores onde é feita uma associação ponderada entre as leis de controle, dando origem a uma estratégia de controle adaptativo ponderado que melhora o desempenho do sistema, tanto em tempo de resposta quanto na redução dos overshoots. As quatro técnicas de controle utilizadas e a estratégia proposta do controle adaptativo são implementadas em FPGA (Field Programmable Gate Array), utilizando a ferramenta DSP Builder para desenvolvimento e compilação do código HDL (Linguagem de Descrição de Hardware). Resultados de simulações e experimentais são apresentados com o objetivo de validar o desenvolvimento teórico proposto. / This work presents a comparative study, design and implementation of linear and nonlinear control techniques applied on power electronics converters. The main objective of this study is to control the output voltage and the voltage balance between the DC bus voltage capacitors balance of a three level NPC inverter. The control techniques used are the classic PID, the ANLPID-GGF, LQR and SDRE. The Non-Linear PID – Gaussian Gain Functions is considered a new nonlinear control technique used for optimization of the classic linear PID control. Taken the converter transfer function, the designs of the four controllers are set so the operating point of the closed loop system presents the same natural frequency. Thus, the comparative analysis of the performance of each control can be performed more precisely. The pole placement technique is used to design the LQR and SDRE controllers. By means of a comparative analysis of the controllers, it a parallel combination of the designed controllers is also proposed, yielding a weighted adaptive control system. The weighted adaptive controller improves the system performance, both in response time and in controlled magnitudes overshoots reduction. The four control techniques and the strategy an adaptive control proposed are implemented on FPGA, using the DSP Builder tool for the development and compilation the VHDL code. Simulation results are presented in order to validate the proposed theoretical development.

Este trabalho apresenta um estudo comparativo, o projeto e a implementação de técnicas de controle lineares e não-lineares aplicadas em conversores estáticos de energia elétrica. O principal objetivo deste estudo é controlar, tanto a tensão de saída como o equilíbrio das tensões dos capacitores do barramento CC (Corrente Contínua) de um inversor NPC (Neutral Point Campled) três níveis monofásico. As técnicas de controle utilizadas são o PID (Proporcional-Integral-Derivativo), o ANLPID-GGF (Adaptive Non Linear PID – Gaussian Like Gain Functions), o LQR (Linear Quadratic Regulator) e o SDRE (State Dependent Riccati Equation). O ANLPID-GGF é uma proposta de otimização do controlador PID convencional utilizando funções de ganhos variáveis. Todos os controladores são projetados para manter os mesmos pólos dominantes (autovalores) do sistema em malha fechada de acordo com o modelo do conversor. Desta forma é possível realizar uma comparação mais coerente entre as quatro técnicas de controles estudadas. Com a determinação dos pólos dominantes do sistema é realizado o projeto dos controladores LQR e SDRE por alocação de pólos. Com o projeto por alocação de pólos pode-se evitar os sobre sinais comuns nas aplicações que utilizam controladores LQR e SDRE. Através da análise comparativa entre os quatro controladores, pode-se identificar as características distintas de cada método. Desta forma, também é proposta uma implementação paralela de controladores onde é feita uma associação ponderada entre as leis de controle, dando origem a uma estratégia de controle adaptativo ponderado que melhora o desempenho do sistema, tanto em tempo de resposta quanto na redução dos overshoots. As quatro técnicas de controle utilizadas e a estratégia proposta do controle adaptativo são implementadas em FPGA (Field Programmable Gate Array), utilizando a ferramenta DSP Builder para desenvolvimento e compilação do código HDL (Linguagem de Descrição de Hardware). Resultados de simulações e experimentais são apresentados com o objetivo de validar o desenvolvimento teórico proposto. / This work presents a comparative study, design and implementation of linear and nonlinear control techniques applied on power electronics converters. The main objective of this study is to control the output voltage and the voltage balance between the DC bus voltage capacitors balance of a three level NPC inverter. The control techniques used are the classic PID, the ANLPID-GGF, LQR and SDRE. The Non-Linear PID – Gaussian Gain Functions is considered a new nonlinear control technique used for optimization of the classic linear PID control. Taken the converter transfer function, the designs of the four controllers are set so the operating point of the closed loop system presents the same natural frequency. Thus, the comparative analysis of the performance of each control can be performed more precisely. The pole placement technique is used to design the LQR and SDRE controllers. By means of a comparative analysis of the controllers, it a parallel combination of the designed controllers is also proposed, yielding a weighted adaptive control system. The weighted adaptive controller improves the system performance, both in response time and in controlled magnitudes overshoots reduction. The four control techniques and the strategy an adaptive control proposed are implemented on FPGA, using the DSP Builder tool for the development and compilation the VHDL code. Simulation results are presented in order to validate the proposed theoretical development.