O número crescente de cargas baseadas em conversores eletrônicos criou a preocupação com a distorção harmônica em sistemas de energia elétrica. Qualidade de energia é um assunto importante tanto para as companhias distribuidoras e geradoras de energia elétrica como para os consumidores. A utilização de equipamentos para a eliminação de harmônicos tornou-se necessária e são diversas as soluções possíveis. Em sistemas trifásicos com quatro fios, os filtros ativos de potência e os sistemas de energia ininterrupta são equipamentos empregados para a melhoria da qualidade de energia elétrica. Tais equipamentos apresentam em sua estrutura um conversor trifásico com quatro fios podendo ser do tipo fonte de tensão ou fonte de corrente. Este estudo propõe uma estratégia para a minimização da ondulação das correntes de linha e de neutro em um conversor do tipo fonte de tensão trifásico com quatro fios. A estratégia consiste em injetar uma tensão de seqüência zero nas referências dos blocos PWM\'s que não altere o valor médio da corrente, mas somente a sua ondulação. Propõe-se uma metodologia que possibilita a escolha de um valor ótimo para a tensão de seqüência zero. São também apresentados a região dos vetores sintetizáveis, a análise da tensão de saída e o modelamento do conversor. Propõe-se uma estratégia de controle de corrente com reguladores PI para um sistema trifásico com quatro fios usando conversor com quatro fios. O comportamento do conversor é verificado por simulações numéricas e resultados experimentais, confirmando o desempenho da estratégia de PWM proposta. / The growing number of power electronics-based loads has created concern about harmonic distortion in electric systems. Power quality is an important issue both for utilities and consumers. The use of harmonic filtering equipment has become necessary and many solutions have been studied. In three phase systems, active power filters and uninterruptible power supply are used for improving power quality. These equipments present in their topologies a three-phase four-wire voltage source converter or three-phase four-wire current source converter. This study proposes a strategy for the minimization of the line and neutral ripple current of a three-phase four-wire Voltage Source Converter. The strategy consists of injecting an instantaneous zero sequence to the references of a triangular carrier PWM that does not affects the local average of the converter output voltages, but only the ripple currents. A methodology to evaluate the instantaneous optimal value of the injected zero sequence voltage is presented. The locus of the synthesizable voltage vectors and the modeling of the converter are also shown. It presents a strategy of current control for three-phase four-wire systems using three-phase four-wire converter. The behavior of the converter is verified by numerical simulation and experimental results, confirming the performance of the proposed PWM strategy.

O número crescente de cargas baseadas em conversores eletrônicos criou a preocupação com a distorção harmônica em sistemas de energia elétrica. Qualidade de energia é um assunto importante tanto para as companhias distribuidoras e geradoras de energia elétrica como para os consumidores. A utilização de equipamentos para a eliminação de harmônicos tornou-se necessária e são diversas as soluções possíveis. Em sistemas trifásicos com quatro fios, os filtros ativos de potência e os sistemas de energia ininterrupta são equipamentos empregados para a melhoria da qualidade de energia elétrica. Tais equipamentos apresentam em sua estrutura um conversor trifásico com quatro fios podendo ser do tipo fonte de tensão ou fonte de corrente. Este estudo propõe uma estratégia para a minimização da ondulação das correntes de linha e de neutro em um conversor do tipo fonte de tensão trifásico com quatro fios. A estratégia consiste em injetar uma tensão de seqüência zero nas referências dos blocos PWM\'s que não altere o valor médio da corrente, mas somente a sua ondulação. Propõe-se uma metodologia que possibilita a escolha de um valor ótimo para a tensão de seqüência zero. São também apresentados a região dos vetores sintetizáveis, a análise da tensão de saída e o modelamento do conversor. Propõe-se uma estratégia de controle de corrente com reguladores PI para um sistema trifásico com quatro fios usando conversor com quatro fios. O comportamento do conversor é verificado por simulações numéricas e resultados experimentais, confirmando o desempenho da estratégia de PWM proposta. / The growing number of power electronics-based loads has created concern about harmonic distortion in electric systems. Power quality is an important issue both for utilities and consumers. The use of harmonic filtering equipment has become necessary and many solutions have been studied. In three phase systems, active power filters and uninterruptible power supply are used for improving power quality. These equipments present in their topologies a three-phase four-wire voltage source converter or three-phase four-wire current source converter. This study proposes a strategy for the minimization of the line and neutral ripple current of a three-phase four-wire Voltage Source Converter. The strategy consists of injecting an instantaneous zero sequence to the references of a triangular carrier PWM that does not affects the local average of the converter output voltages, but only the ripple currents. A methodology to evaluate the instantaneous optimal value of the injected zero sequence voltage is presented. The locus of the synthesizable voltage vectors and the modeling of the converter are also shown. It presents a strategy of current control for three-phase four-wire systems using three-phase four-wire converter. The behavior of the converter is verified by numerical simulation and experimental results, confirming the performance of the proposed PWM strategy.

Este trabalho trata da retificação trifásica com elevado fator de potência. São mostradas algumas soluções encontradas na literatura. Dentre elas, optou-se pela utilização de um conversor trifásico autocomutado do tipo fonte de tensão (VSC), operando em modulação em largura de pulso (PWM). Apresenta-se a modelagem do conversor, que é utilizado para o projeto dos controladores responsáveis pelo rastreamento das correntes da rede CA e pela regulação da tensão CC. O projeto do controlador das correntes CA, baseado na estratégia de dead-beat, é mostrado de forma simples e intuitiva e é discutida a estabilidade deste controlador. O projeto do controlador PI utilizado para a regulação da tensão CC é baseado no modelo linearizado do conversor. É utilizado um algoritmo simples e eficiente para o bloco PLL, baseado na estratégia “dead-beat”. O comportamento do sistema completo é verificado teoricamente, por simulações numéricas e resultados experimentais, confirmando o excelente desempenho das estratégias de controle e do método de projeto propostos. São discutidos ainda os efeitos da variação nos parâmetros no desempenho e na estabilidade do sistema. / This study investigates three-phase rectifiers with high power factor. Some existing solutions in the literature are presented. One of them, the three-phase voltage source converter (VSC) rectifier with pulse width modulation (PWM) is chosen to be used. Converter modeling is presented and used to design a mains current tracking controller and a DC voltage regulator. AC current controlling based on the deadbeat strategy is presented in a simple and intuitive way, and the stability of this controller is discussed. The DC side PI controller is designed based on the linearized model of the converter. A simple and efficient PLL block algorithm, based on the deadbeat strategy is presented. The behavior of the complete system is verified theoretically, by numerical simulation and experimental results, confirming the excellent performance of the proposed control strategy and method of design. The effects of parameter mismatch on system performance and stability are also discussed.

Este trabalho trata da retificação trifásica com elevado fator de potência. São mostradas algumas soluções encontradas na literatura. Dentre elas, optou-se pela utilização de um conversor trifásico autocomutado do tipo fonte de tensão (VSC), operando em modulação em largura de pulso (PWM). Apresenta-se a modelagem do conversor, que é utilizado para o projeto dos controladores responsáveis pelo rastreamento das correntes da rede CA e pela regulação da tensão CC. O projeto do controlador das correntes CA, baseado na estratégia de dead-beat, é mostrado de forma simples e intuitiva e é discutida a estabilidade deste controlador. O projeto do controlador PI utilizado para a regulação da tensão CC é baseado no modelo linearizado do conversor. É utilizado um algoritmo simples e eficiente para o bloco PLL, baseado na estratégia “dead-beat". O comportamento do sistema completo é verificado teoricamente, por simulações numéricas e resultados experimentais, confirmando o excelente desempenho das estratégias de controle e do método de projeto propostos. São discutidos ainda os efeitos da variação nos parâmetros no desempenho e na estabilidade do sistema. / This study investigates three-phase rectifiers with high power factor. Some existing solutions in the literature are presented. One of them, the three-phase voltage source converter (VSC) rectifier with pulse width modulation (PWM) is chosen to be used. Converter modeling is presented and used to design a mains current tracking controller and a DC voltage regulator. AC current controlling based on the deadbeat strategy is presented in a simple and intuitive way, and the stability of this controller is discussed. The DC side PI controller is designed based on the linearized model of the converter. A simple and efficient PLL block algorithm, based on the deadbeat strategy is presented. The behavior of the complete system is verified theoretically, by numerical simulation and experimental results, confirming the excellent performance of the proposed control strategy and method of design. The effects of parameter mismatch on system performance and stability are also discussed.

A utilização de conversores multiníveis tem sido uma importante alternativa para aplicações de alta potência e média tensão, graças aos altos níveis de potência alcançáveis por estas estruturas. Recentemente, esta topologia de conversores foi aplicada em sistemas com fontes alternativas para alimentar um sistema de geração distribuída, nos quais diferentes fontes de energia eram utilizadas. Com base nas características dos conversores multinível e sua potencial aplicabilidade em sistemas de geração distribuída, este trabalho tem como objetivo construir um sistema multinível conectado a rede de distribuição para utilização de fontes alternativas de energia como fontes primárias. Considerando que a energia fornecida pelas fontes alternativas pode sofrer variações, propõe-se a integração de sistemas armazenadores de energia, como capacitores, ao sistema multinível. Por isso, este trabalho desenvolve uma estratégia de controle para máxima transferência de potência ativa entregue à rede a fim de obter um fluxo ótimo. A topologia multinível deste trabalho possui em sua configuração dois módulos inversores conectados em série. Neste caso, é possível que pelo menos um desses inversores funcione com uma modulação em baixa frequência processando a maior parcela de potência. Assim, duas estratégias de controle modulação de fase e modulação de amplitude para a transferência de potência realizada pelo inversor de baixa frequência são analisadas. As vantagens e desvantagens de cada um dos métodos são expostas e então a estratégia mais adequada, no caso a modulação de amplitude, é utilizada na operação do conversor multinível. Além disso, são apresentados a modelagem das plantas e o projeto dos controladores de cada um dos módulos inversores. Por fim, a validação da proposta é feita através dos resultados de simulações e experimentais que mostram a capacidade do sistema de geração em transferir potência constante para a rede de distribuição e manter a corrente quase sem distorções em fase com a tensão. / The utilization of multilevel converters has been an important alternative for medium voltage applications with high power and power quality demand, thanks to the high power levels achievable for this kind of structure. Recently, this converter topology was proposed as a new possibility in renewable energy source applications, mainly in system delivering power to the grid, where different renewable energy resources may be used. Based on the characteristics of multilevel converters, and their potential applicability in distributed generation systems, this study aims to build a multilevel system that could be powered by renewable energy sources as primary sources and then connect them to a distribution grid. However, considering the energy produced by alternative sources can vary, it is analyzed the integration of a storage energy system in this multilevel topology. Taking into account this ends, the main concern of this study is related to the development of a control strategy to maximize the active power transferred to the grid. The multilevel topology employed in this study has two H-bridge inverter modules connected in series forming a cascaded configuration. Therefore, it is possible that at least one of these inverters, operating with a low frequency of modulation, process the majority of power with lower amount of losses. On this way, two control strategies for power transfer are analyzed. The advantages and disadvantages of each method are presented, and the most appropriated strategy is used in the operation of the multilevel converter system. In addition, it has been presented the design criteria for each controller and finally the validation of the proposed approach is done by mains of simulations and experimental results which show the ability of the converter to transfer constant active power to the grid and keep the grid current in phase with the grid voltage.

A utilização de conversores multiníveis tem sido uma importante alternativa para aplicações de alta potência e média tensão, graças aos altos níveis de potência alcançáveis por estas estruturas. Recentemente, esta topologia de conversores foi aplicada em sistemas com fontes alternativas para alimentar um sistema de geração distribuída, nos quais diferentes fontes de energia eram utilizadas. Com base nas características dos conversores multinível e sua potencial aplicabilidade em sistemas de geração distribuída, este trabalho tem como objetivo construir um sistema multinível conectado a rede de distribuição para utilização de fontes alternativas de energia como fontes primárias. Considerando que a energia fornecida pelas fontes alternativas pode sofrer variações, propõe-se a integração de sistemas armazenadores de energia, como capacitores, ao sistema multinível. Por isso, este trabalho desenvolve uma estratégia de controle para máxima transferência de potência ativa entregue à rede a fim de obter um fluxo ótimo. A topologia multinível deste trabalho possui em sua configuração dois módulos inversores conectados em série. Neste caso, é possível que pelo menos um desses inversores funcione com uma modulação em baixa frequência processando a maior parcela de potência. Assim, duas estratégias de controle modulação de fase e modulação de amplitude para a transferência de potência realizada pelo inversor de baixa frequência são analisadas. As vantagens e desvantagens de cada um dos métodos são expostas e então a estratégia mais adequada, no caso a modulação de amplitude, é utilizada na operação do conversor multinível. Além disso, são apresentados a modelagem das plantas e o projeto dos controladores de cada um dos módulos inversores. Por fim, a validação da proposta é feita através dos resultados de simulações e experimentais que mostram a capacidade do sistema de geração em transferir potência constante para a rede de distribuição e manter a corrente quase sem distorções em fase com a tensão. / The utilization of multilevel converters has been an important alternative for medium voltage applications with high power and power quality demand, thanks to the high power levels achievable for this kind of structure. Recently, this converter topology was proposed as a new possibility in renewable energy source applications, mainly in system delivering power to the grid, where different renewable energy resources may be used. Based on the characteristics of multilevel converters, and their potential applicability in distributed generation systems, this study aims to build a multilevel system that could be powered by renewable energy sources as primary sources and then connect them to a distribution grid. However, considering the energy produced by alternative sources can vary, it is analyzed the integration of a storage energy system in this multilevel topology. Taking into account this ends, the main concern of this study is related to the development of a control strategy to maximize the active power transferred to the grid. The multilevel topology employed in this study has two H-bridge inverter modules connected in series forming a cascaded configuration. Therefore, it is possible that at least one of these inverters, operating with a low frequency of modulation, process the majority of power with lower amount of losses. On this way, two control strategies for power transfer are analyzed. The advantages and disadvantages of each method are presented, and the most appropriated strategy is used in the operation of the multilevel converter system. In addition, it has been presented the design criteria for each controller and finally the validation of the proposed approach is done by mains of simulations and experimental results which show the ability of the converter to transfer constant active power to the grid and keep the grid current in phase with the grid voltage.