Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-04-24T19:07:44Z No. of bitstreams: 1 pedromachadodealmeida.pdf: 10367147 bytes, checksum: 04b7cf913c75cb9f82395bf7b9769825 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-04-25T15:25:19Z (GMT) No. of bitstreams: 1 pedromachadodealmeida.pdf: 10367147 bytes, checksum: 04b7cf913c75cb9f82395bf7b9769825 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-25T15:25:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 pedromachadodealmeida.pdf: 10367147 bytes, checksum: 04b7cf913c75cb9f82395bf7b9769825 (MD5) Previous issue date: 2013-11-29 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A presente tese contribui para a análise, modelagem e projeto de controladores discretos de um sistema de geração fotovoltaico de 30 kWp conectado à rede elétrica sem filtros passivos. O conversor fonte de tensão (VSC) de interface é interligado a rede elétrica usando somente as indutâncias de dispersão de um banco de transformadores monofásicos como filtros harmônicos. Modelos discretos são desenvolvidos tanto para o lado CC quanto para o lado CA do conversor. A modelagem do lado CA foi feita nos sistemas de coordenadas αβ0 e dq0. Já a modelagem da dinâmica do lado CC foi feita no sistema de coordenadas dq de acordo com balanço de potência entre os terminais do VSC. Baseado nos modelos obtidos, duas estratégias básicas foram investigadas e discutidas para projetar os compensadores discretos usados para controlar as correntes sintetizadas por um sistema de geração fotovoltaico no modo de corrente. Resultados experimentais mostram que o uso apenas de controladores lineares, proporcional–integral (PI) e proporcional–ressonante (PR), sintonizados na componente fundamental não é suficiente para manter a qualidade das correntes geradas dentro dos padrões internacionais, devido a operação não linear do transformador de conexão. Para contornar o problema anterior duas soluções foram investigadas: (i) inclusão de múltiplos controladores ressonantes nas coordenadas αβ; e (ii) inclusão de um controlador repetitivo em paralelo com o controlador PI nas coordenadas dq. Resultados experimentais mostraram que ambas estratégias são adequadas para compensar as componentes harmônicas. Finalmente, foi proposta uma estratégia para controlar o conversor durante faltas assimétricas (Fault–ride through) e eliminar as oscilações no barramento CC durante condições de desbalanço. O controlador proposto é composto por uma parcela PI e duas parcelas ressonantes, as quais controlam as componentes média e oscilante, através da injeção correntes de sequencia positiva e negativa na rede, respectivamente. Resultados de simulação mostram que o controlador proposto é adequado para eliminar as oscilações no barramento CC sem prejudicar as estabilidade do sistema. / The current thesis contributes to the analysis, modelling and design of discrete time controllers which aim is to control a 30 kWp photovoltaic dispersed generation system connected to the electric grid without passive filters. In fact, the interface voltage– sourced converter (VSC) is connected to the grid using only the leakage inductance of a single–phase transformer bank as harmonic filters. Initially, discrete time models are developed to the converter’s DC–side as well as to the AC–side. The AC–side modelling is performed on αβ0 and dq0 coordinate systems. On the other hand, the DC–side dynamics are modeled on the dq frame according to the power balance between the converter’s terminals. Based on the models obtained, strategies to control the converter in the current mode control on the αβ and dq are developed and a methodology to design the controllers are addressed in details. Experimental results shown that only the use of linear controllers, proportional–integral (PI) and proportional–resonant (PR), tuned on the fundamental component are not sufficient to guarantee the quality of the generated currents according to international standards. This is due to the operation of the connection transformer in a nonlinear region. In order to overcome this drawback, two solutions are taken into account: (i) inclusion of several parallel resonant controller in αβ frame; and (ii) inclusion of a repetitive controller in parallel with the PI controller in the dq frame. Experimental results shown that both strategies are suitable to compensate the harmonic components on the output current. Finally, a strategy is proposed to control the system under asymmetrical faults (fault–ride through) and to mitigate the voltage oscillation on the DC–side during unbalance conditions. The proposed controller is composed of a PI part and two resonant parts, which controls the average and the oscillating voltage components, through the injection of positive and negative sequence currents into the grid, respectively. Simulation results shown that the proposed controller is suitable to mitigate the DC–side voltage oscillations without jeopardizing the system stability.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-04-20T13:39:03Z No. of bitstreams: 1 pedromachadodealmeida.pdf: 13436160 bytes, checksum: 84c66613dade0766ae9ea2bdc8be9f91 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-04-20T14:45:37Z (GMT) No. of bitstreams: 1 pedromachadodealmeida.pdf: 13436160 bytes, checksum: 84c66613dade0766ae9ea2bdc8be9f91 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-20T14:45:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 pedromachadodealmeida.pdf: 13436160 bytes, checksum: 84c66613dade0766ae9ea2bdc8be9f91 (MD5) Previous issue date: 2011-04-29 / Esta dissertação apresenta uma estratégia de controle para sistemas de geração fotovoltaicos, de único estágio, trifásicos, conectados à rede elétrica de distribuição. São desenvolvidos modelos matemáticos para representar as características dinâmicas dos painéis fotovoltaicos, do conversor fonte de tensão (VSC -“Voltage Source Converter”) e da rede de distribuição. A modelagem do sistema de geração disperso (SGD) é feita no sistema de coordenadas síncrono (dq), fornecendo um sistema de equações diferenciais que pode ser usado para descrever o comportamento dinâmico do sistema quando as tensões da rede estão equilibradas ou desequilibradas. O conversor é controlado no modo de corrente, através da estratégia de modulação vetorial (Space Vector Modulation - SVM). São projetadas duas malhas de controle em cascata para controlar o conversor estático. A malha interna controla a corrente injetada na rede enquanto que a externa controla a tensão no barramento CC do conversor. O controle da tensão CC permite rastrear o ponto de máxima potência do painel PV além de controlar a quantidade de potência ativa injetada na rede CA. Um método ativo de detecção de ilhamento baseado na injeção de corrente de sequência negativa é incorporado ao sistema de controle. Resultados de simulações digitais obtidos com o programa ATP (Alternative Transient Program ) são utilizados para validar os modelos matemáticos e as estratégias de controle. Finalmente, um protótipo experimental de pequena escala é montado em laboratório. Todo o sistema de controle do protótipo experimental foi implementado no DSP TMS320F28212. Os resultados obtidos demonstram o funcionamento do sistema e podem ser usados para validar a estratégia de controle utilizada. / This dissertation presents a control strategy for a single-stage, three-phase, photovoltaic systems to be connected to a distribution network. Mathematical models are developed to represent the dynamic characteristics of the photovoltaic panels, the voltage-source converter (VSC) and the distribution network. The modeling of the dispersed generation system (DGS) is done in the synchronous reference frame (dq), providing a system of differential equations that describes the dynamic behavior of the system when the network voltages are balanced or unbalanced. The converter is controlled in current mode through the space vector modulation (SVM) strategy. Two control loops are designed to control the static converter. The inner loop controls the injected current into the network while the external loop controls the converter DC bus voltage. The DC voltage regulator allows to track the PV maximum power point and to control the active power injected into the AC grid. An active islanding detection method based on negative-sequence current injection is incorporated into the control system. Digital simulations results obtained with Alternative Transients Program (ATP) is used to validate the mathematical models and the control strategies. Finally, a small-scale experimental prototype is implemented in the laboratory. The whole control system of the experimental prototype was programmed in DSP TMS320F2812 of Texas Instruments. The results demonstrate that the operation of the system can be used to validate the applied control strategy.