The increasing penetration of wind power into the power system dominated by variable-speed wind turbines among the installed wind turbines will require further development of control methods. Power electronic converters are widely used to improve power quality in conjunction with the integration of variable speed wind turbines into the grid. In this thesis, a detailed model of the Predictive Current Control (PCC) method will be descripts for the purpose of control of the grid-connected converter. The injected active and reactive power to the grid will be controlled to track their reference value. The PCC model predicts the future grid current by using a discrete-time model of the system for all possible voltage vectors generated by the inverter. The voltage vector that minimizes the current error at the next sampling time will be selected and the corresponding switching state will be the optimal one. The PCC is implemented in Matlab/Simulink and simulation results are presented.

This thesis is focused on issues with transmission of reactive power though the distribution line of E.ON area. The goal is to find out where and in what rate are overflows of reactive power and to project the correctional steps to minimize this overflow. In this solution, there were used data of dispatcher measurement, which were processed by created source code in Matlab. The processing was analyzed for final conclusion. There were discovered shortages in overflow of reactive power in transfer between distribution and transmission line and in unsuitably regulated capacity power factor in Planá power plant and wrong automatic regulation of turns in 440/110kV substation Dasný. The action to minimize overflows of reactive power was projected by decompensation reactor placed in T101 and T102 transformers in substation Tábor.

Orientador: Júlio Borges de Souza / Resumo: Este trabalho apresenta uma avaliação dos aspectos da instalação de sistemas de geração distribuída fotovoltaica (GDFV) em unidades consumidoras sujeitas à cobrança de reativos no Brasil. A avaliação dos possíveis impactos técnicos e financeiro é realizada sob o alicerce da legislação e normativas aplicáveis. São abordados os modos de medição, sistema tarifário aplicado à unidade em estudo, bem como um comparativo com outros tipos de unidades consumidoras com geração distribuída (GD). São realizadas projeções de funcionamento em condições definidas, faz-se uso do equacionamento definido pela legislação e normas vigentes. Também é realizado um estudo de caso em uma unidade consumidora real. Como resultado apresentam-se gráficos que ilustram o comportamento da curva de geração fotovoltaica, consumo demandado, consumo medido, bem como o comportamento do fator de potência em unidades com GDFV instalada. Isto viabiliza a aferição de eventuais pontos positivos e negativos da instalação de GD nesse tipo de unidade consumidora. No estudo de caso também são apresentadas, em forma de tabela, os valores e percentuais de economia da unidade, comparando com o período sem GDFV. Por fim, são avaliados os possíveis impactos no tempo de retorno do investimento, contribuições negativas na qualidade de energia do sistema elétrico e apresentadas propostas de soluções para sanar ou atenuar os problemas encontrados. / Abstract: This paper presents an evaluation of the aspects of the installation of photovoltaic distributed generation systems in consumer units subjected to reactive charging in Brazil. The assessment of possible technical and financial impacts is carried out on the basis of applicable legislation and regulations. Measurement modes are addressed, the tariff system applied to the unit studied, a comparison is made with other types of consumer units with distributed generation (DG). Operating projections are carried out under defined conditions, using the equation defined by current legislation and standards. A case study is also performed in a real consumer unit. As a result we present graphs that illustrate the behavior of the photovoltaic generation curve, demanded consumption, measured consumption, as well as the behavior of the power factor in units with installed photovoltaic distributed generation system. This makes it possible to measure any positive and negative points of the installation of DG in this type of consumer unit. In the case study are also presented in table form the values and percentages of economy of the unit, comparing with the period without distributed photovoltaic generation. Finally, the possible impacts on return on investment time, negative contributions on the electric power quality of the electric system are evaluated and proposals of solutions to solve or mitigate the problems are presented. / Mestre

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-07-21T14:26:57Z No. of bitstreams: 1 marciodocarmobarbosaponciliorodrigues.pdf: 24085481 bytes, checksum: a2ce2552f002816f01354d228d257f85 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-08-09T13:18:07Z (GMT) No. of bitstreams: 1 marciodocarmobarbosaponciliorodrigues.pdf: 24085481 bytes, checksum: a2ce2552f002816f01354d228d257f85 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-09T13:18:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 marciodocarmobarbosaponciliorodrigues.pdf: 24085481 bytes, checksum: a2ce2552f002816f01354d228d257f85 (MD5) Previous issue date: 2014-11-20 / A gradativa substituição da atual frota de veículos de motor de combustão interna por veículos elétricos (VEs) pode ser vista como um importante fator para a melhoria das condições ambientais nos centros urbanos, uma vez que possibilita a redução das emissões de poluentes atmosféricos nocivos à saúde humana. Os conversores estáticos existentes no sistema de propulsão de veículos puramente elétricos e híbridos "plug-in" podem ser utilizados para funções adicionais, diferentes da tração elétrica. Com poucas adaptações nos circuitos eletrônicos do VE é possível integrar funções como recarga de baterias, geração distribuída de energia elétrica e compensação de reativos. Este tipo de aplicação é particularmente interessante no contexto de redes inteligentes de energia elétrica (smart grids). Esta integração de funcionalidades ao VE, além de permitir a redução de custos e economia de recursos naturais, poderá resultar em retorno financeiro aos proprietários destes veículos pela prestação de serviços auxiliares ao sistema elétrico. Neste trabalho é proposta a utilização de veículos elétricos na compensação de harmônicos de corrente e de potência reativa em instalações elétricas residenciais e comerciais, utilizando o próprio sistema de propulsão do VE para operar como filtro ativo de potência, o que pode ser realizado de forma simultânea à recarga do banco de baterias do VE ou durante seu uso como unidade de geração distribuída de ener-gia elétrica (operação no modo V2G, vehicle-to-grid). Sendo o padrão de conexão de VEs à rede de energia elétrica atualmente adotado pela maior parte dos fabricantes de automóveis elétricos baseado em alimentação monofásica (com possibilidade de alimen-tação bifásica), é explorada, neste trabalho, a utilização de um VE na compensação de cargas monofásicas e bifásicas, em condições típicas de instalações elétricas residenciais e comerciais, de forma compatível a tal padrão. A inclusão desta funcionalidade aos VEs pode contribuir para a redução do impacto da eletrificação veicular no sistema elétrico, pois com a diminuição do fluxo de potência reativa e harmônica na rede elé-trica, torna-se maior a sua capacidade disponível para transporte de potência ativa, facilitando o suprimento de energia a novas cargas (que podem ser os próprios VEs). / The gradual replacement of the current internal combustion engine vehicles by elec-tric vehicles (EVs) comes up as being an important factor to the improvement of urban centers environmental conditions, since it enables reduction on the emissions of atmo-spheric pollutants harmful to human health. Additional tasks, apart from traction, can be performed by battery and plug-in hybrid electric vehicle powertrain on-board power electronic converters. It is possible to integrate functions such as battery charge, electric distributed power generation and reactive power compensation with few modifications on the EV electronics circuitry. This kind of application is especially interesting under the context of smart grids. The integration of these additional functions to an electric vehicle is a very desirable feature, since it can result on cost reduction (in comparison to the separated implementation of the integrated functions) and revenue to the owner of the vehicle by providing ancillary services to the electric power system. This work proposes the application of electric vehicles on the compensation of cur-rent harmonic components and reactive power in residential and commercial electricity networks by means of the integration of a shunt active power filter (APF) into their powertrain electronics circuitry, which can simultaneously operate with the EV bat-tery pack charging or during its use as an electric distributed power generator unit (vehicle-to-grid, V2G, operation mode). Since the EV grid connection standard cur-rently adopted by electric automobiles manufacturers is based on a single-phase power supply system (with a possible two-phase power supply connection), this work focuses on the application of an electric vehicle in the compensation of single-phase and two-phase loads under residential and commercial electricity networks typical conditions, in order to meet the compliance to the requirements of such standard. The inclusion of this functionality to EVs can contribute on the reduction of vehicular electrification impact on the electric power system, since the decrease of reactive and harmonic power flow into the grid results in higher available capacity of active power flow in the power conductors, which allows to supply electricity to new electric loads (that can be the EVs themselves).

Neste trabalho propomos uma abordagem para a resolução do problema de Fluxo de Potência Ótimo (FPO) perturbado. A metodologia consiste na obtenção da solução ótima para o problema inicial via um programa de FPO, e na utilização de sensibilidade para estimar novas soluções depois de ocorridas algumas perturbações no problema. Essas perturbações são variações de carga em uma ou mais barras do sistema. A técnica de sensibilidade está baseada nas informações de segunda ordem e nas condições de otimalidade. A obtenção da solução após ocorrerem perturbações no sistema é direta e não necessita de parâmetros iniciais e de correção, como penalidade e barreira, utilizados nos programas de FPO convencionais. Os resultados numéricos apresentados evidenciam o potencial desta metodologia para resolução do problema de FPO perturbado. / An approach to solve the perturbated Optimal Power Flow (OPF) problem is proposed in this study. The methodology consists in obtaining the optimal solution for the initial problem via a program of OPF, and using sensitivity to estimate new solutions after the occurrence of some perturbations in the problem. These perturbations consist in load variations in some buses of the system. The sensitivity technique is based on both the information of second order and otimality conditions. The computation of the solutions after the occurrence of perturbations in the system does not depend of initial and correction parameters such as penalty and barrier used in the conventional OPF programs. The numerical results demonstrate the potential of this methodology for the solution of the perturbated OPF problem.

Static synchronous compensation (StatCom) is an application that utilizes a voltage source converter (VSC) to provide instantaneous reactive power support to the connected power system. Conventionally, StatComs are employed for reactive power support only. However, with the integration of energy storage (ES) into a StatCom, it can provide active power support in addition to the reactive power support. This thesis deals with the integration of ES into StatComs. The investigation involves the following aspects: possible benefits for power systems, main circuit design, and control strategies. As the basis of the investigation, a control scheme is proposed for two-level VSCs. It is a novel flux modulation scheme combined with the well-known deadbeat current control. The current controller is capable of controlling the positive sequence, the negative sequence, and the offset components of the converter current. With flux modulation, all the three above-mentioned components of the bus flux are controllable. This differs from the conventional voltage modulation scheme, in which only the positive and negative sequence components of the bus voltage are controllable. The difference between the proposed flux modulation scheme and the voltage modulation scheme is investigated regarding saturation of transformers in the connected system during fault recovery. The investigation shows that by controlling the offset component of the bus flux, the transformer saturation problem can be mitigated to a certain extent. The possible benefits of the additional active power support of StatComs are investigated through several case studies. Different active power compensation schemes are proposed. First, active power compensation for sudden load changes in weak systems is investigated. The proposed control strategies are verified through computer simulations and through experiments in a real-time simulator. It is shown that with active power compensation, both the phase jumps and magnitude variations in the voltage at the PCC can be reduced significantly. Secondly, the power compensation of cyclic loads is investigated. The results show that the power quality at the connection point can be improved regarding both phase jumps and magnitude variations. In the third case study, the fault-recovery performance of an example system is investigated, showing that improved performance can be achieved by the additional active power support. ES devices such as capacitors, supercapacitors, and batteries exhibit considerable variation in the terminal voltage during a charging/discharging cycle. A direct connection of ES devices to the dc side of a VSC requires a higher voltage rating of the VSC. Thus, the cost of the VSC has to be increased. In this thesis, a dual thyristor converter topology is proposed to interface ES devices with the dc side of the VSC. First, a cost comparison is performed to compare the total cost of the whole system with and without the proposed interface topology. A cost comparison between various types of ES is also presented, providing a guideline for the choice of ES at energy levels where several alternatives exist. Then, the dynamics of systems with the proposed interface topology are investigated. Control strategies are proposed and verified by computer simulations. Two different control methods for the dual-thyristor converter are compared. / QC 20100819

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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho apresenta contribuições para algoritmos de controle utilizados em filtros ativos e híbridos conectados em redes elétricas trifásicas a 3 ou a 4 fios. Em relação aos algoritmos de controle para filtros ativos, a contribuição consiste em estender o conceito da filtragem harmônica seletiva para compensação de correntes harmônicas e desequilibradas em uma rede trifásica a 4 fios. Esses algoritmos derivam dos conceitos utilizados na teoria da potência instantânea (teoria pq), em conjunto com um circuito de sincronismo PLL. É importante ressaltar que estes algoritmos não utilizam as correntes consumidas pelas cargas, ou seja, apenas as tensões no ponto da rede onde o filtro está conectado são utilizadas para determinação das correntes harmônicas de referência. Apenas as correntes na saída do conversor são utilizadas como realimentação do controle PWM. Estes algoritmos também foram utilizados no filtro híbrido para compensação de correntes harmônicas em uma rede trifásica a 3 fios. Por fim foi feito uma alteração nesses algoritmos de controle que permite eliminar as correntes utilizadas na realimentação do controle PWM. Resultados de simulação são apresentados com objetivo de observar o comportamento desses algoritmos tanto no filtro ativo quanto no híbrido nas condições mencionadas. / This work presents some contributions involving control algorithms for active and hybrid filters connected in 3 or 4-wire three-phase electrical grids. In relation to the control algorithms for active filters, the contribution results from the extension involving the concepts of selective harmonic filtering to compensate unbalanced and harmonic currents in a 4-wire three-phase electrical grid. These algorithms derive from the instantaneous power theory (pq theory) together with a synchronizing PLL-circuit. It is important to mention that these algorithm do not use the currents consumed by the loads, i.e, only the voltages at the point common coupling (PCC) are used to determine the reference harmonic currents. Only the output converter currents were used as a feedback to the PWM control. These algorithms were also employed in a hybrid filter to compensate harmonic currents in a 3-wire three-phase electrical grid. Finally, some improvements on these control algorithms were done, such that the output converter currents used as a feedback of the PWM control were eliminated. Simulations results were provided in order to analyze the behavior of the active and hybrid filters in the aforementioned conditions.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:35Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-09-25Bitstream added on 2014-06-13T19:26:47Z : No. of bitstreams: 1 leandro_e_me_ilha.pdf: 1745578 bytes, checksum: 2db70f1465f9f7258fdbcda3cdebf72c (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho apresenta uma nova proposta para sistema de refrigeração com controle dinâmico de temperatura, operando com estrutura de compressor aberto, acionado por motor de indução trifásico com velocidade variável, e estágio de entrada retificador com correção ativa do fator de potência. O estágio de entrada é composto por um retificador Boost monofásico com elevado fator de potência, com duas células entrelaçadas, operando no modo de condução crítica, empregando técnica de comutação não dissipativa e controlado por dispositivo FPGA, associado a um estágio de saída inversor de dois níveis convencional trifásico à IGBT, o qual é controlado por um Processador Digital de Sinais (DSP - Digital Signal Processor). A técnica de comutação não dissipativa para o estágio de entrada é baseada em células ZCS (Zero-current-switching). As principais características do retificador incluem a redução da ondulação da corrente de entrada, redução da ondulação da tensão de saída retificada, utilização de componentes com reduzidos esforços, reduzido volume do filtro de entrada para Interferências Eletromagnéticas (EMI - Electromagnetic Interference), elevado Fator de Potência (FP) e reduzida Distorção Harmônica Total (DHT) da corrente de entrada, atendendo os limites da norma IEC61000-3-2. O controle digital para o estágio de saída inversor foi desenvolvido usando duas diferentes técnicas, incluindo a técnica convencional controle escalar Volts/Hertz (V/Hz) e o controle Vetorial com Orientação pelo Fluxo do estator, com o propósito de verificar a aplicabilidade e a performance dos controles digitais propostos, para o controle contínuo da temperatura, aplicados a um protótipo de sistema de refrigeração. / This work presents a new proposal for refrigeration systems with dynamic control of temperature, working with structure of open compressor, driving a three-phase induction motor with variable speed, and input rectifier with active power factor correction. The proposed system is composed of a single-phase high-power-factor boost rectifier, with two cells in interleaved connection, operating in critical conduction mode, and employing a softswitching technique, controlled by a Field Programmable Gate Array (FPGA), associated with a conventional three-phase IGBT bridge inverter (VSI - Voltage Source Inverter), controlled by a Digital Signal Processor (DSP). The soft-switching technique for the input stage is based on zero-current-switching (ZCS) cells. The rectifier s features include reduction in input current ripple, reduction in output voltage ripple, use of low stress devices, low volume for the EMI input filter, high input power factor (PF), and low total harmonic distortion (THD) in the input current, in compliance with the IEC61000-3-2 standards. The digital controller for the output stage inverter has been developed using two different techniques, the conventional Voltage-Frequency control (scalar V/Hz control), and a simplified stator oriented vector control, in order to verify the feasibility and performance of the proposed digital controls, for continuous temperature control, applied at a refrigerator prototype.

Submitted by Marco Aurelio Rocha (rochamarco.eng@gmail.com) on 2018-04-19T12:44:32Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_Marco_Rocha_FINAL.pdf: 4334808 bytes, checksum: bcc84d54c373bafcb2362766219becac (MD5) / Approved for entry into archive by Minervina Teixeira Lopes null (vina_lopes@bauru.unesp.br) on 2018-04-19T18:51:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 rocha_ma_me_bauru.pdf: 4334226 bytes, checksum: d2b0086eaa88031ec113f8e0a415c74c (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-19T18:51:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 rocha_ma_me_bauru.pdf: 4334226 bytes, checksum: d2b0086eaa88031ec113f8e0a415c74c (MD5) Previous issue date: 2018-03-27 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Esta dissertação apresenta a análise, modelagem e controle vetorial de um sistema de geração eólica tendo um gerador de indução duplamente alimentado como máquina primária e equipado com um conversor back-to-back para gerenciamento da potência entregue ou absorvida da rede elétrica, independentemente do tipo de carga instalada, por meio de compensação de reativos e filtragem ativa das correntes da rede. Para atingir este objetivo, a modelagem do sistema, bem como o projeto dos controladores foram desenvolvidos no ambiente de simulação Matlab®/Simulink®, em que o controle do conversor do lado do rotor realiza a regulação do torque e o controle de potência ativa e reativa, enquanto que o controle do conversor do lado da rede tem a função de manter a tensão do link-CC constante e produzir fator de potência unitário, compensando reativos oriundos do sistema de geração eólica e da carga instalada e atuando como um filtro ativo de potência, melhorando o índice de distorção harmônica da corrente da rede. Além disso, controladores proporcionais-ressonantes foram utilizados a fim de mitigar harmônicos gerados pelo conversor atuando no modo retificador. Também foi realizado o controle do ângulo de passo das pás da turbina, com a finalidade de obter a máxima potência para qualquer velocidade do vento. Os resultados obtidos permitiram avaliar o desempenho dos controladores, de modo que o fator de potência foi mantido unitário para variações abruptas de carga. Tem-se compensação harmônica para cargas não-lineares sendo extraída e gerada a máxima potência oriunda do vento. / This dissertation presents the analysis, modeling and vector control of a wind power system with a doubly-fed induction generator as a primary machine and equipped whit a back-to-back converter to manage power delivered to or absorbed from the grid, independently of the installed load type, through reactive compensation and active filtering of grid currents. To achieve this goal, the system modelling and the controller design was developed in the Matlab®/Simulink® software, where the rotor-side converter control regulates torque and control active and reactive power. The grid-side converter control has the function of maintaining the DC link voltage constant and produce unit power factor, compensating reactive power from the wind generation system and the installed load and acting as an active power filter, which improves the total harmonic distortion of the grid current. In addition, proportional-resonant controller was used to mitigate harmonics generated by the converter acting in the rectifier mode. The pitch angle controller also was made in order to obtain the maximum power for any wind speed. The results obtained allowed to evaluate the performance of the controllers, so that the power factor was unit for abrupt loads variation, there was harmonic compensation for nonlinear loads and the maximum power from the wind was extracted and generated. / CNPq: 13.2999/2016-1