Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-05-07T20:16:46Z No. of bitstreams: 1 ANTONIO ISAAC LUNA DE LACERDA – TESE (PPGEE) 2016.pdf: 20857733 bytes, checksum: 28767af2f770d3e0a8b3544e02207602 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-07T20:16:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ANTONIO ISAAC LUNA DE LACERDA – TESE (PPGEE) 2016.pdf: 20857733 bytes, checksum: 28767af2f770d3e0a8b3544e02207602 (MD5) Previous issue date: 2016-04-29 / A cont abilidade do equipamento de acionamento estático é extremamente importante do ponto de vista e ficiência energética. A detecção da falha é necessária para preservar o desempenho do conversor por um maior tempo possível. Este trabalho investiga a capacidade de tolerância a falhas do inversor e retifi cador ANPC (Active Neutral Point Clamped ) de três níveis modi ficado, quando suas chaves são submetidas a falhas de circuito aberto e curto circuito. Com o objetivo de melhorar o comportamento do conversor quando da falha de uma chave, foram introduzidos tiristores adicionais, um para cada chave do braço do inversor, e fusíveis em série com as chaves de grampeamento. São apresentados métodos para detecção e identi ficação de falhas juntamente com esquemas de reconfi gurações para trinta tipos de falhas. Resultados de simulação e experimentais corroboram os estudo teóricos de operação dos conversores. Os resultados de simulação são obtidos a partir do software PSIM, enquanto os resultados experimentais são obtidos a partir de uma plataforma de desenvolvimento experimental controlado pelo processador digital de sinais TMS320F28335. / The power electronics equipment reliability is a very important aspect from the energy e -ciency point of view. So, fault detection and its compensation, becomes extremely necessary for maintaining the process under fault condition near normal operation for a period of time as long as possible. This work investigates the fault-tolerant capacity of a modi ed three-level ANPC (Active Neutral Point Clamped) inverter and recti er when its switches are submitted to open and short-circuit failures. Additional thyristors, one for each inverter main switch, and fuses in series with the clamping switches have been introduced in order to improve the converter behavior when a switch fails. Fault detection and identi cation methods are presented together with con gured schemes for thirty types of failures. Simulation and experimental results are presented in order to con rm the validity of the proposed solutions, the simulation results are obtained from the software PSIM, whereas the experimental results are obtained from one experimental development platform controlled by a digital signal processor TMS320F28335.

Tento projekt zkoumá vybrané způsoby implementace víceúrovňových měničů do praxe. V předložené práci je do hloubky prezentována tzv. ANPC (Active Neutral Point Clamped) pětiúrovňová topologie. Autor se v práci zaměřuje zejména na návrh technického řešení experimentálního vzorku a implementaci řídicích algoritmů jako jsou aktivní řízení napětí na pomocném kondenzátoru nebo aktivní balancování vstupního kapacitního děliče. Pro aplikaci zmíněných struktur byl vybrán moderní digitální integrovaný obvod, který slučuje mikroprocesor a FPGA do jednoho systému. Výsledný měnič umožňuje autonomní provoz a umožňuje generovat přesné a stabilní výstupní napětí.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Este trabalho apresenta uma topologia de inversor multinÃvel hÃbrido simÃtrico trifÃsico de cinco nÃveis, concebido a partir das estruturas meia ponte e inversor com grampeamento ativo do neutro, adequado para aplicaÃÃes com alta tensÃo e alta potÃncia. SÃo apresentados os possÃveis estados de comutaÃÃo, lÃgica de acionamento, cÃlculo dos esforÃos nos semicondutores, assim como um estudo de perdas. Duas estratÃgias de modulaÃÃo sÃo selecionadas possibilitando a operaÃÃo concomitante de metade dos interruptores em baixa frequÃncia (60 Hz) e a outra em alta frequÃncia (1020 Hz), reduzindo o nÃmero de comutaÃÃes, consequentemente as perdas nos semicondutores e o conteÃdo harmÃnico da tensÃo de saÃda. Para validar a proposta, foi desenvolvido um protÃtipo com potÃncia de 7,5 kVA e tensÃo de saÃda eficaz de linha 380 V. AlÃm disso, à apresentada a implementaÃÃo de ambas as modulaÃÃes no dispositivo lÃgico programÃvel escolhido, FPGA. Os resultados experimentais da estrutura trifÃsica validam a topologia proposta. A estrutura, operando com a modulaÃÃo baseada na PD-PWM, apresentou DHT de 29,71% e WTHD de 1,93%, enquanto que a baseada na CSV-PWM apresentou DHT de 38,45% e WTHD de 7,21%. AlÃm disso, o rendimento da estrutura proposta à superior se comparado ao da topologia Half-Bridge/NPC, conforme esperado em funÃÃo das perdas na estrutura Half-Bridge/NPC serem maiores e mal distribuÃdas. / This work presents a new topology of a hybrid five-level inverter, conceived from the halfbridge and active neutral point clamped structures, suitable for high-voltage, high-power applications. The possible commutation stages, the switching drive logic, the semiconductors stresses mathematical analysis, and the losses study are presented. Two modulation techniques were selected in order to allow low-frequency (60 Hz) switches operate together with high-frequency switches (1020 Hz), reducing the number of commutations and, consequently, the overall losses and the output voltage total harmonic distortion. In order to validate the proposal, it was developed a 7.5 kVA prototype and AC line output voltage of 380 V. The digital implementation from both modulation techniques on the chosen programmable logic device FPGA is also presented. The experimental results relative to the three-phase structure validate the proposed topology. The topology, operating with the modulation based on Sinusoidal In-Phase Disposition - PWM, presented a THD of 29.71%, and WTHD of 1.93%, while the one based on the Centered Space Vector - PWM presented a THD of 38.45%, and a WTHD of 7.21%. Besides, the overall efficiency is superior when compared to the Half-Bridge/NPC topology, as expected, due to the fact that losses on this structure are higher and misdistributed.

A crescente demanda por fontes alternativas de energia, voltada principalmente a minimizar impactos ambientais provenientes do uso de combustíveis fósseis na geração de energia elétrica, tem impulsionado as pesquisas tanto no âmbito acadêmico como no setor privado. Dessa forma, estudos científicos vêm abordando painéis fotovoltaicos, aerogeradores, células combustível, dentre outros, no sentido de gerar energia limpa por meio de conversores estáticos CC-CC e CC-CA, conectados na rede de distribuição elétrica, configurando um cenário de Geração Distribuída. Devido ao uso de tais conversores, têm-se introduzido perturbações harmônicas nas redes de distribuição. Sendo assim, a qualidade de energia tornouse uma questão de suma importância no contexto energético contemporâneo, de tal modo que esta tese se apresenta um estudo voltado ao desenvolvimento e implementação de uma plataforma experimental de um Condicionador Unificado de Qualidade de Energia (UPQC) monofásico com compensação ativa de potência série e paralela, com uma potência de 1 kW, capaz de minimizar perturbações harmônicas em redes de distribuição. O sistema realiza a supressão de harmônicos e a compensação de afundamentos e elevações de tensão em redes elétricas, além de manter a tensão na carga regulada e com baixa taxa de distorção harmônica. Além disso, esse dispositivo realiza compensação de potência reativa e supressão de harmônicos da corrente de carga, o que resulta em uma efetiva correção do fator de potência. Nesse sentido, o dispositivo atua como um filtro ativo universal, realizando compensação da corrente de entrada, como também da tensão de saída. Para este fim, dois conversores monofásicos ANPC de 5 níveis são empregados, sendo estes o filtro ativo série (FAS), que atua como fonte de corrente senoidal, e o filtro ativo paralelo (FAP), que atua como fonte de tensão senoidal, em que ambos são controlados de tal forma a operar em fase com a tensão da rede elétrica. Com o objetivo de realizar as compensações harmônicas, é utilizado o algoritmo de extração de referência, conhecido como Compensação Cooperativa baseada na Teoria de Potência Conservativa. / The growing demand for alternative sources of energy, aimed mainly at minimizing environmental impacts from the use of fossil fuels in electric power generation, has driven research in both the academic and private sectors. Thus, scientific studies have addressed photovoltaic panels, aerogenerators, fuel cells, among others, in order to generate clean energy by means of static converters CC-CC and CC-CA, connected in the electric distribution network, configuring the Distributed Generation. Due to the use of such converters, harmonic disturbances have been introduced in the distribution networks. Thus, the quality of energy has become a matter of paramount importance in the contemporary energy context, such that this thesis presents a study aimed at the development and implementation of an experimental platform of a single-phase Unified Energy Quality Conditioner (UPQC) with active series and parallel power compensation, with a power of 1 kW, capable of minimizing harmonic disturbances in distribution networks. The system performs the suppression of harmonics and the compensation of sags and tensions in electrical networks, besides maintaining the voltage at the regulated load and with a low harmonic distortion rate. In addition, this device performs reactive power compensation and harmonic suppression of the load current, which results in an effective power factor correction. In this sense, the device acts as a universal active filter, performing compensation of the input current, as well as the output voltage. For this purpose, two 5-level ANPC single-phase converters are used, which are the series active filter (FAS), which acts as a sinusoidal current source, and the parallel active filter (FAP), which acts as a sinusoidal voltage source, in that both are controlled in such a way to operate in phase with the mains voltage. In order to perform the harmonic compensations, the reference extraction algorithm, known as Cooperative Compensation based on the Conservative Power Theory, is used.