Uma Carga Pulsada de Alta Potência, cujo comportamento é típico de uma classe de equipamentos militares, deve ser instalada em uma aeronave comercial adaptada com tensão padrão do sistema elétrico de 28 Volts em corrente contínua. Por ser um equipamento sensível com consumo não-linear de corrente, o sistema elétrico dessa aeronave deve ser modificado para adequar sua qualidade de energia àquela requisitada, além de garantir que nenhuma carga necessária para o voo seguro seja afetada durante a sua operação. Para atender estes dois objetivos, uma fonte de tensão deve ser instalada entre o sistema elétrico e a carga pulsada. Em seguida, requisitos para definição da arquitetura desta fonte de tensão são estabelecidos, possibilitando que algumas alternativas sejam apresentadas e comparadas. Uma proposta de arquitetura é, então, desenvolvida e simulada computacionalmente para verificar o seu comportamento. Ao final deste trabalho, uma proposta de instalação da carga pulsada é apresentada de forma a cumprir com ambos os objetivos estabelecidos. Além disso, esta proposta diminui a necessidade de componentes da arquitetura da fonte de tensão, tornando seu projeto e realização prática mais simples.

A tendência mundial de crescimento do consumo de energia elétrica requer novas unidades de geração para suprimento de demanda. Além disso, há preocupação na diversificação da matriz energética, e as fontes de energia nem sempre são de fácil acesso aos grandes centros de consumo, o que traz a problemática do transporte de energia elétrica. Sistemas em Corrente Alternada (CA) têm sido empregados na transmissão de energia há décadas, e atualmente os sistemas de transmissão em Corrente Contínua (CC) mostram-se uma opção vantajosa tanto na transmissão ponto a ponto por longas distâncias, quanto para múltiplos terminais, integrando diferentes fontes geradoras de energia. Os conhecidos sistemas de transmissão CC em alta tensão baseados em conversores comutados pela rede têm aplicações consolidadas ao redor do mundo, enquanto que, para a emergente tecnologia dos conversores comutados por largura de pulso (PWM), poucos estudos mostram seu desempenho frente transitórios na rede. A exposição do extenso perímetro das linhas de transmissão às condições geográficas e climatológicas motiva esta pesquisa perante a incidência de impulsos atmosféricos, tendo em vista que a maior parte dos estudos têm avaliado transitórios eletromagnéticos ocasionados por faltas. Para tanto, uma revisão bibliográfica sobre o tema de pesquisa é apresentada, com a descrição dos principais componentes de sistemas HVDC, a análise de sistemas VSC-HVDC, utilizando conversores dois níveis, frente transitórios eletromagnéticos provocados pela incidência direta de descargas atmosféricas tanto na rede CA quanto no elo CC, utilizando o software comercial PSCAD/EMTD para a simulação e modelagem dos para-raios de Óxido de Zinco (ZnO), linha de transmissão, conversores e atuação do controle. / The worlwide trend of growing electricity consumption requires new generation units to supply demand. In addition, there is concern in the diversification of the energy matrix, and energy sources are not always easily accessible to large consumption centers, which brings the problem of transportation of electric energy. Alternating Current (AC) systems have been used in power transmission for decades, and Direct Current (DC) transmission systems are now an advantageous option in both point-to-point transmission over long distances and across multiple terminals, integrating different sources of energy. Known High Voltage Direct Current (HVDC) transmission systems based on Line-Commutated Converter (LCC) have consolidated applications around the world, while for the emerging technology of Pulse Width Modulation (PWM) converters, few studies show their network transient performance. The exposition of the extensive perimeter of the transmission lines to the geographic and climatological conditions motivates this research considering the incidence of atmospheric impulses, and that the major part of the studies available have evaluated electromagnetic transients caused by faults. In this context, a literature review on the research topic is presented, with the description of the main components of HVDC systems, the analysis of VSC-based HVDC (VSC-HVDC) systems, using twolevel converters, electromagnetic transients caused by the direct incidence of atmospheric discharges in both the AC network, and in the CC link. The analysis uses the commercial software PSCAD/EMTD for the simulation and modeling of ZnO arresters, transmission line, converters and control actuation.

Este trabalho apresenta o estudo, análise e a implementação de três topologias de condicionadores ativos de energia elétrica, utilizados para a melhoria da qualidade da energia em sistemas elétricos trifásicos a quatro fios. Estes condicionadores de qualidade de energia podem trabalhar tanto como um condicionador unificado de qualidade de energia (UPQC), bem como uma fonte de alimentação ininterrupta (UPS), permitindo: (i) a supressão das correntes harmônicas da carga; (ii) a compensação de energia reativa da carga; (iii) compensação dos desequilíbrios das correntes de carga; (iv) a compensação de desequilíbrios de tensão da rede; (v) supressão das tensões harmônicas da rede elétrica; (vi) a regulação das tensões de saída (tensões de carga); e (vii) fornecimento de energia ininterrupta para as cargas críticas (sistema UPS). Dentre as três topologias de UPQC/UPS estudadas, uma delas é proposta neste trabalho com o intuito de reduzir a tensão no barramento CC. Além disso, todas as topologias em estudo são constituídas por dois conversores PWM, nos quais é adotada uma estratégia de controle dual. Desse modo, o conversor colocado em paralelo com a carga, funciona como uma fonte de tensão senoidal, enquanto que o conversor colocado em série entre a rede elétrica e a carga, é controlado para operar como uma fonte de corrente senoidal. Tanto os controladores de tensão, quanto os de corrente são implementados no referencial síncrono dq0. Além disso, a técnica de modulação vetorial espacial tridimensional (3-D-SVM) é empregada nos conversores. Testes experimentais são apresentados para validar o desenvolvimento teórico e verificar o bom desempenho estático e dinâmico dos condicionadores ativos de energia elétrica, operando como UPQC, bem como sistema UPS. / This work presents the study, analysis and implementation of three topologies of active power conditioners, which are used to improve the power quality in three-phase four-wire systems. These power quality conditioner can work as unified power quality conditioner (UPQC), as well as an uninterruptible power supply (UPS) system allowing: (i) suppression of load harmonic currents; (ii) compensation of load reactive power; (iii) load unbalances compensation; (iv) utility voltage unbalances compensation; (v) utility voltage harmonics suppression; (vi) regulation of the output voltages (load voltages); and (vii) uninterruptible power for critical loads when working as UPS system. Among the three topologies of UPQC/UPS studied, one of them is proposed in this work in order to reduce the DC-bus voltage. Besides, all the topologies are comprised of two PWM converters, where a dual control strategy is adopted. The first converter, which is placed in parallel with the load, operates as a sinusoidal voltage source, while the second, which is placed in series between the utility grid and the load, is controlled to operate as a sinusoidal current source. Both the voltage and current controllers are implemented into the synchronous rotating reference frame (dq0-axes). In addition, the series and parallel converters use the three-dimensional space vector modulation (3-D-SVM) technique. The experimental tests are presented to validate the theoretical development and to verify the effective static and dynamic performance of the proposed active power conditioners, operating as UPQC and UPS.

A tendência mundial de crescimento do consumo de energia elétrica requer novas unidades de geração para suprimento de demanda. Além disso, há preocupação na diversificação da matriz energética, e as fontes de energia nem sempre são de fácil acesso aos grandes centros de consumo, o que traz a problemática do transporte de energia elétrica. Sistemas em Corrente Alternada (CA) têm sido empregados na transmissão de energia há décadas, e atualmente os sistemas de transmissão em Corrente Contínua (CC) mostram-se uma opção vantajosa tanto na transmissão ponto a ponto por longas distâncias, quanto para múltiplos terminais, integrando diferentes fontes geradoras de energia. Os conhecidos sistemas de transmissão CC em alta tensão baseados em conversores comutados pela rede têm aplicações consolidadas ao redor do mundo, enquanto que, para a emergente tecnologia dos conversores comutados por largura de pulso (PWM), poucos estudos mostram seu desempenho frente transitórios na rede. A exposição do extenso perímetro das linhas de transmissão às condições geográficas e climatológicas motiva esta pesquisa perante a incidência de impulsos atmosféricos, tendo em vista que a maior parte dos estudos têm avaliado transitórios eletromagnéticos ocasionados por faltas. Para tanto, uma revisão bibliográfica sobre o tema de pesquisa é apresentada, com a descrição dos principais componentes de sistemas HVDC, a análise de sistemas VSC-HVDC, utilizando conversores dois níveis, frente transitórios eletromagnéticos provocados pela incidência direta de descargas atmosféricas tanto na rede CA quanto no elo CC, utilizando o software comercial PSCAD/EMTD para a simulação e modelagem dos para-raios de Óxido de Zinco (ZnO), linha de transmissão, conversores e atuação do controle. / The worlwide trend of growing electricity consumption requires new generation units to supply demand. In addition, there is concern in the diversification of the energy matrix, and energy sources are not always easily accessible to large consumption centers, which brings the problem of transportation of electric energy. Alternating Current (AC) systems have been used in power transmission for decades, and Direct Current (DC) transmission systems are now an advantageous option in both point-to-point transmission over long distances and across multiple terminals, integrating different sources of energy. Known High Voltage Direct Current (HVDC) transmission systems based on Line-Commutated Converter (LCC) have consolidated applications around the world, while for the emerging technology of Pulse Width Modulation (PWM) converters, few studies show their network transient performance. The exposition of the extensive perimeter of the transmission lines to the geographic and climatological conditions motivates this research considering the incidence of atmospheric impulses, and that the major part of the studies available have evaluated electromagnetic transients caused by faults. In this context, a literature review on the research topic is presented, with the description of the main components of HVDC systems, the analysis of VSC-based HVDC (VSC-HVDC) systems, using twolevel converters, electromagnetic transients caused by the direct incidence of atmospheric discharges in both the AC network, and in the CC link. The analysis uses the commercial software PSCAD/EMTD for the simulation and modeling of ZnO arresters, transmission line, converters and control actuation.

Submitted by Setor de Tratamento da Informa??o - BC/PUCRS (tede2@pucrs.br) on 2015-11-24T11:47:18Z No. of bitstreams: 1 476372 - Texto Completo.pdf: 4077296 bytes, checksum: 85b4c453088ae9f0ceed3d18c8ad4570 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-11-24T11:47:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 476372 - Texto Completo.pdf: 4077296 bytes, checksum: 85b4c453088ae9f0ceed3d18c8ad4570 (MD5) Previous issue date: 2015-03-31 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior - CAPES / Funda??o de Amparo ? Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul - FAPERGS / This work presents the study and development of a modification proposal of the classical MPPT - P&O approach, based on the utilization of the power and voltage derivatives in PV panel terminals. The contribution of this study consists in the employment of the time derivative of voltage that is used to determine converter duty cycle step size instantly. The proposed MPPT approach when compared to the classical P&O, presents some advantages like as: better dynamic response, steady state error reduction and robustness (considering different irradiation and temperature profiles). In order to validate this study, a microinverter prototype based on flyback converter, using this new approach, was implemented aiming to connect PV panels to the mains. Microinverter control strategy was held on Matlab/Simulink? environment in association to a data processing board (DS1104 from dSPACE?). / Este trabalho apresenta o estudo e o desenvolvimento de uma proposta de modifica??o do m?todo de MPPT P&O cl?ssico com base na utiliza??o da derivada da pot?ncia e da derivada da tens?o nos terminais dos pain?is PV. A contribui??o deste trabalho consiste no emprego da derivada da tens?o dos pain?is, a qual ? utilizada para determinar a varia??o instant?nea do ciclo de trabalho do conversor. O m?todo de MPPT proposto em compara??o com o m?todo P&O convencional apresentou melhor desempenho considerando-se a resposta din?mica, o erro de estado estacion?rio e a robustez (contra diferentes perfis de irradi?ncia e de temperatura). A fim de validar este estudo, um prot?tipo de um microinversor com base no conversor flyback, usando a abordagem proposta, foi implementado com o objetivo de conectar pain?is fotovoltaicos ? rede el?trica. A estrat?gia de controle do microinversor foi realizada em ambiente Matlab/Simulink? em associa??o a uma placa de processamento de dados (DS1104 da dSPACE?).

A dissertação aborda o desenvolvimento e testes de um conversor eletromagnético de 3 para 5 fases, sendo inicialmente avaliadas configurações conhecidas usando vários tipos de ligações. Foi desenvolvido um modelo baseado em resistências e indutâncias próprias e mútuas, para as quais caminhos de fluxo magnético através do núcleo de aço silício e também através do ar em torno dos enrolamentos foram considerados. Com base no modelo desenvolvido e nos resultados das simulações realizadas com o modelo, na sequência, foi projetado e construído um protótipo. O projeto levou em conta aspectos como equilíbrio de tensão nos secundários sob carga, aproveitamento do material dos enrolamentos e do núcleo, assim como a facilidade de conexão dos enrolamentos. Para as simulações do modelo utilizou-se o software Micro- Cap, tendo sido avaliado o equilíbrio nas tensões de saída do conversor sob carga equilibrada e desequilibrada, além de avaliar seu comportamento diante de falhas (abertura) de uma das fases da carga dos secundários. Os resultados das simulações foram comparados com os ensaios realizados no protótipo utilizando cargas resistivas e também um motor de indução pentafásico, tendo sido observada uma boa concordância entre ambos. Para as cargas resistivas utilizadas nos ensaios, as tensões ficaram muito próximas da simulação, mantendo as tensões nos secundários dentro de níveis aceitáveis de desequilíbrio. Contudo, na operação sob falha em uma das fases da carga, o nível de desequilíbrio de tensão apresentou-se acima do aceitável. Já para o motor de indução pentafásico utilizado nos ensaios, as tensões nos secundários apresentaram níveis aceitáveis de desequilíbrio, mesmo na operação sob falha em uma das fases da carga e independente da conexão dos enrolamentos primários. Finalmente, a indução no núcleo do conversor foi avaliada, sendo que em todos os ensaios e simulações, os valores máximos nas colunas do transformador não ultrapassaram os limites projetados, mostrando que não houve efeitos significativos de saturação e assim mantendo níveis aceitáveis de perdas no ferro. / This work addresses the development and test of an electromagnetic converter which can convert a three-phase system into a five-phase system. Initially, known configurations are evaluated which use several different types of connections. A prototype was designed and built considering aspects such as (1) voltage balanced under load on the secondary side, (2) utilization of the conductor and core material, and (3) difficulty to connect the windings. In order to evaluate the performance of the converter, a model was developed which is based on resistances, self inductance, and mutual inductances; for the determination of these inductances, the flux paths through the yokes and also through the air space surrounding the windings have been considered, besides the iron characteristic. The model was implemented using the software Micro-Cap, being assessed the voltage balance on the secondary side under balanced and also unbalanced load; in addition, the performance was evaluated under the occurrence of a fault on the secondary side (loss of one phase). The results obtained through simulations were compared with practical results measured on the prototype connected to a resistive load and also to a five-phase induction machine, being a good agreement between both results observed. For the resistive loads used during the tests, the voltages were very close to the predicted values, being the output voltages within an acceptable level of unbalance. However, for the operation under fault in one phase, the secondary voltages showed not acceptable unbalance. For the operation of the induction machine, the secondary voltages showed acceptable unbalance, even for the operation under fault and for all types of connection on the primary side. Finally, the induction in the magnetic yokes of the converter was investigated; in all tests and simulations, the maximal values in the magnetic parts did not surpass the design limits, ensuring that no significant saturation effects took place and thus keeping the magnetic losses within acceptable limits.

A presente dissertação aborda a avaliação de três sistemas fotovoltaicos de bombeamento, que compreendem duas configurações com equipamentos dedicados à tecnologia fotovoltaica e um com equipamentos alternativos com potências entre 0,75 CV e 1,0 CV. Os resultados mostram que a configuração alternativa apresenta menor eficiência diária do sistema motobomba. A avaliação econômica revela a competitividade da configuração alternativa frente aos sistemas importados dedicados à tecnologia fotovoltaica. Alia-se a isso a disponibilidade dos equipamentos de condicionamento de potência e a facilidade de reposição. Verificou-se também que a configuração alternativa, conversor de freqüência WEG CFW08 e motobomba SOMAR de 1,0 CV e 8 estágios, trabalha com eficiência diária próxima aos 30% na faixa de operação de 20 a 40 metros de coluna dágua. Portanto, com uma adequada escolha da motobomba para a configuração alternativa, podem-se obter desempenhos semelhantes aos obtidos com sistemas importados dedicados à tecnologia fotovoltaica. Para 30 metros, a configuração alternativa bombeou somente 1% a menos do que o sistema Grundfos. O custo do volume bombeado para 30m de altura manométrica total do sistema alternativo é 22% menor do que o sistema Grundfos e 51% mais econômico do que o sistema Solarjack (Sun Pumps). / The present dissertation shows the evaluation of three Photovoltaic Pumping Systems, which involves two configurations: the equipment dedicated to the photovoltaic technology and the alternative equipment with nominal powers between 0.75 CV and 1.0 CV. The results show that the alternative configuration attained minor daily efficiency of the motopump system. The economic evaluation reveals the competitiveness of the alternative configuration in comparison with imported photovoltaic technology dedicated systems. It also should be considered the availability of equipment for power conditioning and the facility of replacement. It was also verified that the alternative configuration, variable speed drive WEG CFW08 and 1.0 CV SOMAR motor pump with 8 stages, works with daily efficiency near 30% in the 20 to 40 meters operation range. Therefore, with an adequate choice of the motor pump for the alternative configuration, performances similar to the imported photovoltaic technology dedicated systems can be obtained. For 30 meters, the alternative configuration pumped only 1% less than the Grundfos system. The cost of pumped volume for 30 meters of manometer total height of the alternative system is 22% cheaper than the system Grundfos and 51% cheaper than the system Solarjack (Sun Pumps).

O presente trabalho visa o desenvolvimento de metodologias para a conexão de sistemas de Geração Distribuída (GD) em redes de distribuição utilizando conversores CC-CA como também, a produção de energia elétrica dentro dos padrões estabelecidos por normas nacionais e internacionais. Para a produção de energia com índices de qualidade satisfatórios, duas situações vão ser consideradas: uma quando o sistema está conectado à rede e outra quando a rede está indisponível. Após a ocorrência do ilhamento, é necessária a mudança da variável a ser sintetizada pelo conversor CC-CA, ou seja, antes da contingência ocorrer a GD está sendo gerenciada no modo potência e/ou corrente e após passa a ser controlada no modo tensão. Além disso, espera-se que os resultados obtidos forneçam subsídios às concessionárias de energia elétrica e aos produtores e autoprodutores de energia para a conexão sistemas de geração distribuída em redes de distribuição como também, os procedimentos necessários a serem adotados por eles quando o sistema de distribuição estiver sob contingência (ilhamento). / This work proposes a set of analysis to connecting a distributed generation system to a distribution network using a three-phase power converter (DC-AC) as well as, the power generation produced by the DG (Distributed Generation) system must follow the national and international power quality standards. For producing energy with satisfactory power quality indexes, two situations will be considered: when the power converter operates connected to the grid, the power/current is used as control variable. However, if the power converter is operating in stand-alone mode (contingency or islanding mode) the control variable must be changed to voltage and the terminal voltage of the power converter must be controlled. Finally, the main concerning of the present study is to obtain results to the electrical energy companies and self-producers for connecting DG system to the grid as well as, the essential procedures that must be adopted by them when the distribution system is operating in contingency or islanding mode.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2011

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents a detailed analysis about the interleaved buck converter applied to electronic ballasts to supply high power HID lamps, assuming the input voltage as a PFC stage output. As the output capacitor has a maximum value to be applied in parallel with the lamp, parallel operated converters are a suitable choice because the output current ripple cancellation characteristic. Besides, the output current ripple cannot be greater than 5% of the nominal current to avoid acoustic resonance phenomena. Also, interleaved converters allow magnetic and semiconductors losses reduction. The applied topology was the interleaved buck converter, because its inherent characteritstic of the output as a current source. A generalized model for the IBC operating in CCM was obtained, including inductors and semiconductors losses, besides an analysis to achieve the optimum point of design in terms of efficiency, size and complexity of implementation. To apply the IBC in CCM supplying HID lamps, it is necessary inductors current control, which means to guarantee a current source behavior of the converter. For that, two current control loop were designed, one for each inductor being measured via a shunt resistor located at the circuit input. Also, stability was analyzed based on impedance criterion. Finally, complete electronic ballast was presented, gathering a two-cell IBC, full-bridge inverter, measuring circuits for current and voltage and an external circuit for the correct delay of the IBC MOSFETs gate signals. Obtained experimental results were satisfatory, showing equal current sharing, once warm-up stage and closed-loop implementation were via an 8-bits microcontroller. / Este trabalho apresenta uma análise detalhada do conversor buck intercalado como reator eletrônico aplicado à alimentação de lâmpadas de descarga em alta pressão (HID) de alta potência, assumindo a entrada como a saída de uma etapa de correção de fator de potência (PFC). A característica de diminuição da ondulação da corrente de saída de conversores operando em paralelo é uma grande vantagem, pois o capacitor em paralelo com a lâmpada tem um valor limite a fim de garantir a estabilidade do sistema. Aliada a essa condição, a ondulação de corrente na lâmpada não pode ultrapassar 5% da corrente nominal para garantir que não ocorra o fenômeno da ressonância acústica de forma destrutiva. Além disso, permitem redução de perdas magnéticas e nos semicondutores, além de apresentar diminuição na ondulação da corrente de saída através da defasagem dos sinais de comando dos interruptores, diminuindo o capacitor de saída a ser empregado. Em termos de análise do conversor buck intercalado (IBC), foi obtida uma modelagem generalizada para o conversor operando em modo de condução contínua (CCM) incluindo as perdas nos interruptores, indutores e diodo. Também foi realizada uma análise de ponto ótimo de projeto contemplando tamanho, eficiência e complexidade de implementação. Para a utilização do IBC em CCM na alimentação de lâmpadas HID é necessário o controle de corrente dos indutores, ou seja, garantir que o conversor tenha o comportamento semelhante à uma fonte de corrente. Para tal, foram utilizadas duas malhas de controle de corrente, uma para cada indutor, sendo o sinal de controle medido através de um resistor shunt localizado na entrada do conversor. Ainda, foi apresentada uma análise de estabilidade baseada na relação entre as impedâncias da lâmpada e do conversor, com realimentação em modo corrente. Finalmente, o reator completo foi apresentado, constituído do IBC com duas células, inversor full-bridge, circuito inibidor para defasagem dos sinais de comando do IBC e o circuito de medição das correntes e tensão. Os resultados experimentais obtidos foram satisfatórios, com correntes equilibradas, uma vez que o IBC com malha fechada em ambos os indutores foi implementado com um microcontrolador de 8-bits, com frequência de barramento de 16 MHz.