Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JULIO KENDI NISHIOKA.pdf: 8294340 bytes, checksum: 28a4178bb0ec559b2db43a1aa6676188 (MD5) Previous issue date: 2011-08-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This dissertation proposes a digital control system for a three-phase four-wire high input power factor PWM rectifier with LCL filter. The proposed control system includes an inner control loop for active damping of the LCL filter peak resonance, which uses a lead-lag compensator. In addition, the control system presents an independent current loop for each rectifier phase, which employs resonant compensators tuned at the fundamental frequency of the utility grid voltage. Finally, other two outer loops are used to maintain the voltages across the dc bus capacitors regulated and balanced. This work also proposes a design methodology to obtain the parameter of the LCL filter, which is based on maximum harmonic currents allowed by technical standards and on the minimization of the reactive energy of the LCL filter capacitors. Simulation and experimental results are presented to validate the developed analysis and demonstrate the performance of the proposed controllers. / Esta Dissertação de Mestrado propõe um sistema de controle digital para um retificador PWM trifásico a quatro fios com filtro LCL e elevado fator de potência de entrada. O sistema de controle proposto inclui uma malha interna de amortecimento ativo do pico de ressonância do filtro LCL, fazendo uso de um compensador em avanço. Além da malha de amortecimento ativo, o sistema de controle apresenta uma malha de corrente independente para cada fase do retificador, as quais empregam compensadores ressonantes sintonizados na frequência fundamental da tensão de entrada. Por fim, outras duas malhas externas são utilizadas para manter as tensões dos capacitores que compõem o barramento CC reguladas e equilibradas. Este trabalho também propõe uma metodologia de projeto para os parâmetros do filtro LCL, a qual é baseada nos limites máximos de harmônicos de corrente permitidos pelas normas e na minimização da energia reativa do capacitor do filtro LCL. Resultados de simulação e experimentais são apresentados para validar as análises desenvolvidas e demonstrar o desempenho dos controladores propostos.

Submitted by JOSÉ CARLOS UGAZ PEÑA null (josecarlos84@gmail.com) on 2016-06-20T13:29:30Z No. of bitstreams: 1 Tese_JoseCarlosPena_PPGEE.pdf: 9650212 bytes, checksum: 77b105d009c0b473cbc424e681ebe9a5 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-06-22T13:10:00Z (GMT) No. of bitstreams: 1 pena_jcu_dr_ilha.pdf: 9650212 bytes, checksum: 77b105d009c0b473cbc424e681ebe9a5 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-22T13:10:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 pena_jcu_dr_ilha.pdf: 9650212 bytes, checksum: 77b105d009c0b473cbc424e681ebe9a5 (MD5) Previous issue date: 2016-06-02 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Os inversores fonte de tensão com filtro de saída LCL (VSI+LCL) são amplamente utilizados em sistemas de geração distribuída. Nestas aplicações o sistema é controlado como uma fonte de corrente, no entanto, há a possibilidade de controlar o conjunto como uma fonte de tensão. Desta forma, a mencionada configuração pode ser utilizada em geração distribuída no ambiente de microrredes onde os sistemas, monofásicos ou trifásicos, devem operar conectados à rede de distribuição elétrica com controle das potências injetadas (ativa e reativa) e serem capazes de, em ausência da rede, passar a operar no modo autônomo. Ainda, após o restabelecimento da rede, o controle deve levar o sistema a operar novamente no modo conectado. Sendo as transições realizadas sem transientes que possam danificar qualquer componente do sistema. O filtro LCL, de terceira ordem, caracteriza um comportamento ressonante que pode comprometer a estabilidade do sistema. Para resolver esta situação, diversas técnicas ativas e passivas são aplicadas. Para aplicações de baixa potência, preferem-se as técnicas passivas de amortecimento devido a sua simplicidade e baixo custo, porém estas implicam em perdas adicionais. Já as técnicas ativas de amortecimento, consideram procedimentos de controle para atenuar a ressonância, e, portanto, não adicionam perdas, porém, sua realização requer da realimentação de variáveis adicionais elevando assim o custo do sistema. Todavia, mesmo que aplicáveis a ambos os modos de operação, as técnicas de amortecimento disponíveis na literatura consideram apenas um modo de operação. O presente trabalho de doutorado explora a possibilidade de controlar sistemas VSI+LCL, monofásicos e trifásicos, em ambos os modos de operação, com atenção a objetivos específicos em cada modo e transições suaves entre estes. Assim, são apresentadas duas estratégias de controle. A primeira estratégia considera o amortecimento da ressonância por técnicas passivas, mediante a utilização de um ramo de amortecimento de segunda ordem, projetado para garantir o efeito desejado em ambos os modos de operação e simplificar a dinâmica do sistema a fim de facilitar o projeto dos controladores, abordagem não utilizada nos métodos conhecidos na literatura. Logo, o sistema amortecido é controlado em uma configuração de duas malhas, controlando a corrente injetada mediante a tensão no capacitor. A segunda estratégia proposta considera a utilização de controladores por realimentação de estados em tempo discreto, sintetizados mediante desigualdades matriciais lineares, para simultaneamente, realizar ativamente o amortecimento da ressonância e atender os objetivos de controle em ambos os modos de operação. Ambas as estratégias propostas consideram controladores ressonantes com o objetivo de rastrear sinais senoidais de referência com erro nulo e suprimir componentes harmônicos de baixa ordem na corrente de saída. Ainda, os controladores são projetados considerando a necessidade de garantir a estabilidade robusta do sistema, isto é, frente a perturbações externas (tais como variações na carga local, oscilações na tensão do barramento CC ou distúrbios na rede) e às variações em parâmetros do sistema, como a indutância de rede. As propostas são apresentadas em detalhe, incluindo os procedimentos de projeto assim como critérios para a geração e coordenação dos sinais de controle e referência. As estratégias propostas são avaliadas experimentalmente sendo os resultados obtidos discutidos e analisados considerando-se as respectivas normas para os casos de operação conectada e ilhada. / The voltage source inverter utilization with LCL filters (VSI+LCL) is extended in Distributed Electrical Energy Systems. In these applications, the system is controlled as a current source, however, it can also be controlled as a voltage source. Hence, this configuration is suitable for microgrids environment. In this scenario, the system should operate connected to utility grid with control of the supplied power (active or reactive) and also be capable, in case of grid absence, to operate in islanded mode. Then, if the grid is reestablished, system should be reconnected to grid. Moreover, these transitions should be smooth, with no hazardous transients. The third order filter leads to a resonant behavior that can compromise the system stability. In order to overcome this limitation, passive and active damping methods are used. In low power applications, passive damping methods are preferred due to their simplicity and low. Nevertheless, these methods lead to additional losses. On the other hand, active damping methods consider the feedback of additional variables in order to damp the resonance in closed loop, with no additional losses. This implies additional sensors, thus increasing the overall cost. Despite their effectiveness to damp the resonance in both autonomous and grid connected applications, the most of the damping methods are usually designed only for a specific operation mode. This work explores the possibility to control VSI+LCL systems, single and three-phase, in both operation modes, attending to specific goals in each one, and with smooth transitions between them. For that purpose, two control strategies are proposed. The first one considers passive damping methods, by using a second order damping branch which is designed in order to guarantee the desired effect in both operation modes, thus simplifying the system dynamics in order to ease the control. This approach is not known in the literature. Then, the damped system is controlled in a two loop strategy, where the output current is controlled by means of the capacitor voltage. The second strategy considers the utilization of discrete time state-feedback controllers, synthesized by Linear Matrix Inequalities, in order to simultaneously achieve the active damping and the control goals for both operation modes. The proposed strategies use resonant controllers in order to achieve the tracking of sinusoidal references and to suppress low order harmonics in the output current. Moreover, controllers are designed to achieve robust stability of the system, thus, even in front of external disturbances (such as local load variations, DC bus oscillations or grid disturbances) and variation on system parameters, such as the grid inductance. The two introduced strategies are detailed including the design procedure and the criterion to generate and coordinate the reference and control signals. The two proposed strategies were experimentally verified. The results were analyzed and compared to the requirements imposed by the related standards for both modes of operation. / CNPq: 141757/2012-4

Orientador: Carlos Alberto Canesin / Resumo: Os inversores fonte de tensão com filtro de saída LCL (VSI+LCL) são amplamente utilizados em sistemas de geração distribuída. Nestas aplicações o sistema é controlado como uma fonte de corrente, no entanto, há a possibilidade de controlar o conjunto como uma fonte de tensão. Desta forma, a mencionada configuração pode ser utilizada em geração distribuída no ambiente de microrredes onde os sistemas, monofásicos ou trifásicos, devem operar conectados à rede de distribuição elétrica com controle das potências injetadas (ativa e reativa) e serem capazes de, em ausência da rede, passar a operar no modo autônomo. Ainda, após o restabelecimento da rede, o controle deve levar o sistema a operar novamente no modo conectado. Sendo as transições realizadas sem transientes que possam danificar qualquer componente do sistema. O filtro LCL, de terceira ordem, caracteriza um comportamento ressonante que pode comprometer a estabilidade do sistema. Para resolver esta situação, diversas técnicas ativas e passivas são aplicadas. Para aplicações de baixa potência, preferem-se as técnicas passivas de amortecimento devido a sua simplicidade e baixo custo, porém estas implicam em perdas adicionais. Já as técnicas ativas de amortecimento, consideram procedimentos de controle para atenuar a ressonância, e, portanto, não adicionam perdas, porém, sua realização requer da realimentação de variáveis adicionais elevando assim o custo do sistema. Todavia, mesmo que aplicáveis a ambos os modos de operação,... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The voltage source inverter utilization with LCL filters (VSI+LCL) is extended in Distributed Electrical Energy Systems. In these applications, the system is controlled as a current source, however, it can also be controlled as a voltage source. Hence, this configuration is suitable for microgrids environment. In this scenario, the system should operate connected to utility grid with control of the supplied power (active or reactive) and also be capable, in case of grid absence, to operate in islanded mode. Then, if the grid is reestablished, system should be reconnected to grid. Moreover, these transitions should be smooth, with no hazardous transients. The third order filter leads to a resonant behavior that can compromise the system stability. In order to overcome this limitation, passive and active damping methods are used. In low power applications, passive damping methods are preferred due to their simplicity and low. Nevertheless, these methods lead to additional losses. On the other hand, active damping methods consider the feedback of additional variables in order to damp the resonance in closed loop, with no additional losses. This implies additional sensors, thus increasing the overall cost. Despite their effectiveness to damp the resonance in both autonomous and grid connected applications, the most of the damping methods are usually designed only for a specific operation mode. This work explores the possibility to control VSI+LCL systems, single and three-phase... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-04-18T14:49:13Z No. of bitstreams: 1 igordiasnetodesouza.pdf: 13872772 bytes, checksum: 45517d7a6da7ae06ecacec6a7fb7ebd8 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-04-18T14:50:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 igordiasnetodesouza.pdf: 13872772 bytes, checksum: 45517d7a6da7ae06ecacec6a7fb7ebd8 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-18T14:50:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 igordiasnetodesouza.pdf: 13872772 bytes, checksum: 45517d7a6da7ae06ecacec6a7fb7ebd8 (MD5) Previous issue date: 2017-02-17 / Esta dissertação apresenta um estudo de um conversor emulador de rede (CER) que faz parte de uma estrutura Power-Hardware-in-the-Loop (PHIL). O PHIL será futuramente utilizado para verificar os impactos causados pela integração de sistemas de geração fotovoltaico (PV) à rede elétrica, assim como a operação do sistema PV frente a distúrbios na rede. O CER, composto por um conversor fonte de tensão (VSC) de dois níveis e filtro de saída LC, é responsável por alimentar cargas isoladas emulando uma rede elétrica. A modelagem do conversor emulador de rede é feita no sistema de coordenadas estacionário (αβ0), fornecendo um sistema de equações diferenciais usado para descrever o comportamento dinâmico do sistema. O conversor é controlado no modo de tensão, através da estratégia de modulação vetorial. Duas malhas de controle em cascata são projetadas. A malha interna utiliza compensadores em avanço digitais para amortecer a ressonância do filtro LC sem a necessidade de uma realimentação interna de corrente. Já a externa utiliza controladores ressonantes digitais modificados para rejeitar distúrbios harmônicos e garantir a qualidade da forma de onda da tensão no ponto de acoplamento comum. Os controladores ressonantes são conectados em série e o projeto é baseado no amortecimento dos zeros. Resultados experimentais, obtidos com o protótipo de laboratório, cujos controladores foram implementados em um processador digital de sinais TMS320F28335 da Texas Instruments, são usados para validar as estratégias de controle propostas. / This dissertation presents a study on a grid-former converter (GFC) which is a part of a Power-Hardware-in-the-Loop (PHIL) structure. The PHIL will be used to verify the impacts caused by the integration of photovoltaic (PV) generation systems into grid, as well as to study the PV operation under grid disturbances. The GFC, composed by a two-level voltage source converter with a LC output filter, is responsible to feed isolated loads emulating an electrical grid. The modeling of the grid-former converter is done in the stationary frame (αβ0), providing a set of differential equations that describes the dynamical behavior of the system. The converter is controlled in voltage mode by means of the space vector modulation (SVM) strategy. Two control loops are designed to control the static converter. At the inner loop a novel discrete-time active damping technique is proposed in order to damp the filter resonance without the need of current feedback. The method is based on an inner feedback loop with digital lead compensator on the feedback path while the external loop uses a discretetime integrator and a modified digital resonant controller to guarantee a decreasing frequency response and ensure the quality of the voltage waveform at the point of common coupling, respectively. The resonant controllers are connected in series and the design is based on its zeros damping. Experimental results obtained with the prototype, which controllers were implemented in a Texas Instruments TMS320F28335 are used to validate the proposed control strategies.