Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This thesis addresses the design of adaptive current controllers applied for voltagesource grid-connected converters with LCL-filter. Due to the grid equivalent impedance uncertainty and/or variation at the point of connection, the current controller of such converters may become unstable or have a poor performance with fixed-gain controllers because the grid impedance is part of the dynamic model. So, adaptive control techniques are proposed to ensure stability and performance of current controllers for grid-connected converter with LCL-filter even without knowledge of the grid equivalent impedance. Continuous time adaptive control, from the theoretical point of view, is a well established control technique. However, in this application, a discrete-time current controller is implemented. There are some differences between discrete-time and continuous-time adaptive controllers. When the controlled variable is the converter current, a model reference adaptive state feedback is proposed. The adaptation algorithm, responsible to update the gains in real-time, consists on a recursive least-squares (RLS) algorithm. When the controlled variable is the grid current, a model reference adaptive state feedback is also used. However, the RLS algorithm has some modifications to keep the controller robust under unmodeled dynamics. The RLS algorithm is used because it has better parametric convergence characteristics compared to other algorithms. The grid voltage disturbance is rejected making some small modifications on the controller structure. Simulation results are validated by experimental results in a 5,5kW three-phase grid-connected converter, which shows good convergence and steady state stability of the adaptive controllers. Finally, some comparisons with fixed gain current controllers are presented to show de advantages and disadvantages of each controller. / Esta tese trata do projeto de controladores adaptativos aplicados a conversores estáticos alimentados em tensão conectados à rede elétrica através de filtro LCL. Devido às características incertas e/ou variantes da impedância equivalente da rede no ponto de conexão de conversores estáticos, o controle da corrente de tais conversores pode se tornar instável ou o desempenho pode ser degradado com a utilização de controladores com ganhos fixos, pois a característica da rede faz parte do modelo dinâmico. Com base nisso, é proposto o uso de técnicas de controle adaptativo para garantir a estabilidade e o desempenho do controlador de corrente de conversores conectados à rede mesmo sem o conhecimento da sua impedância equivalente. Controle adaptativo em tempo contínuo, no ponto de vista teórico, é uma técnica de controle bem consolidada. No entanto, na aplicação em questão, o controlador de corrente é implementado em tempo discreto. Controle adaptativo em tempo discreto apresenta algumas diferenças quanto aos controladores em tempo contínuo. Quando a variável de controle é a corrente do conversor, é proposta a utilização de uma retroação de estados adaptativa por modelo de referência cujo adaptador, responsável por atualizar os ganhos em tempo real, consiste em um algoritmo recursivo por mínimos quadrados (RLS). Quando a variável de controle é a corrente da rede, também é utilizada uma retroação de estados adaptativa por modelo de referência, porém o algoritmo RLS apresenta modificações para torná-lo robusto à dinâmicas não modeladas. O algoritmo RLS é utilizado por ter melhores características de convergência paramétrica se comparado a outros algoritmos. O distúrbio de tensão da rede é rejeitado fazendo-se algumas modificações na estrutura da lei de controle. Os resultados de simulação são validados através de resultados experimentais em um conversor de potência nominal de 5,5kW, os quais mostram as características promissoras dos controladores de corrente adaptativos. Por fim, são apresentadas comparações com controladores de corrente de ganhos fixos, mostrando as vantagens e desvantagens de cada uma dos controladores.

Submitted by Sandro Camargo (sandro.camargo@unipampa.edu.br) on 2015-05-09T20:45:31Z No. of bitstreams: 1 117110026.pdf: 2752105 bytes, checksum: bd6b8c2341ad7ebc5b553fad3338b56f (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-09T20:45:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 117110026.pdf: 2752105 bytes, checksum: bd6b8c2341ad7ebc5b553fad3338b56f (MD5) Previous issue date: 2014-12-01 / O controle de conversores eletrônicos de potência tem recebido muita atenção devido às suas inúmeras aplicações. Destacam-se especialmente aplicações em problemas de qualidade de energia, onde é necessário injetar uma corrente na rede elétrica de acordo com uma referência. A conexão de conversores na rede elétrica, no entanto, apresenta diversos desafios, como a existência de incerteza paramétrica na planta e distúrbios advindos da rede. Além disso, inerentemente ao seu funcionamento, conversores eletrônicos de potência geram componentes harmônicas de comutação que precisam ser filtradas. A tendência atual das estratégias de controle é o relaxamento da exigência clássica de conhecimento completo da planta a ser controlada, buscando robustez com relação às incertezas paramétricas. Este trabalho apresenta uma estratégia de controle capaz de rejeitar distúrbios e apresentar bom desempenho frente a incertezas, utilizando técnicas de controle multimalhas e controle adaptativo. Por fim, são apresentados resultados de simulação, e resultados experimentais que mostram o bom funcionamento do sistema. / Voltage-source converter control is being very exploited due to its numerous applications. Special attention is given to energy quality applications, which demand the injection of currents in the grid according to a reference current. The connection of converters to the grid, however, presents several challenges such as parametric uncertainty associated to the plant and disturbances coming from the grid. Furthermore, inverters generate switching harmonics that need to be filtered. The tendency in control strategies is the relaxation of the classical requirement of complete knowledge of the plant, seeking robustness with respect to parametric uncertainties. This work presents a control strategy capable of disturbance rejection and good performance in relation to uncertainties, using Multi-Loop and Adaptive control techniques. Simulation results are presented, and experimental results show the good behavior of the proposed system.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This thesis addresses the main issues regarding the operation of full power converters wind turbines connected to the grid under balanced and unbalanced voltage sags. In the past, the grid codes allowed wind turbines to be disconnected during voltage and frequency disturbances. However, recently, grid codes updates often require that wind turbines remain connected during voltage sags aiming to provide voltage back-up support. Furthermore, some specific criteria establish that wind turbines should be able to utilize part of its current capability to promote the voltage back-up during unbalanced voltage sags. To guarantee the grid connected converter operation, even with voltage sags that lead to zero-voltage situations and unbalanced voltage conditions, a synchronous frame PLL with a very low time constant is designed and adapted with a Kalmam filter synchronization system. This thesis propose a two stages synchronization for grid connected converters that is able to ensure proper operation of the converter even when voltage on the converter terminals has temporarily falling down to zero. This goal is meet with a synchronous frame PLL with a very low time constant adapted with a Kalmam filter synchronization system. This composed synchronization system allows the converter control system to get the positive and negative sequences voltages components, that are necessary to the output power control even under severe voltage dips. Moreover, an anti windup is adapted to operate with a resonant current controller enabling the minimization of the saturation in the control action during voltage transients. During unbalanced voltage dips, the injection of unbalanced currents to the voltage back-up support becomes a good alternative to reduce the imbalance factor of the grid voltages. However, it is necessary to limit the maximum current output of the converter to avoid undesirable protection trips. This thesis proposes a strategy that limite the output currents allowing the use of the converter full current capacity during unbalanced voltage sags support. To achieve this goal, the current references are divided into three parts. The former is associated with the active power reference synchronized with the positive sequence voltage. The second is the reactive power synchronized with the positive sequence voltage and the third is the reactive power synchronized with the negative sequence voltage. The strategy propose the computation of th reactive power references by the positive and negative sequence voltages on the PPC in order to not overpass the converter current limits. Experimental and simulation results corroborate the contributions of this thesis. / Esta tese trata do problema de operação de aerogeradores com conversores plenos conectados à rede durante afundamentos de tensão equilibrados e desequilibrados. Inicialmente, os códigos de rede permitiam a desconexão dos aerogeradores durante distúrbios de frequência ou durante afundamentos de tensão. Entretanto, a presente tendência dos requisitos de conexão em diversos países obriga os aerogeradores a permanecerem conectados a contribuição destes com injeção de corrente reativa visando dar suporte à tensão. Além disso, alguns critérios especifícos estabelecem que aerogeradores devem ser capazes de utilizar parte de sua capacidade de corrente para promover o suporte de reativos também durante afundamentos desequilibrados. Nesta tese é apresentado um método de sincronismo composto baseado em filtro de Kalman e aplicado para conversores conectados à rede durante afundamentos de tensão que possam levar a tensão a zero no ponto de conexão. Este possibilita a obtenção das componentes de sequência e as suas tensões em quadratura de maneira simples, além de apresentar um bom desempenho dinâmico durante afundamentos desequilibrados. Além disso, uma estrutura anti windup é adaptada para operar com um controlador ressonante de corrente possibilitando a minimização da saturação da ação de controle na síntese das correntes de saída. Uma vez que o conversor do lado da rede é capaz de operar em condições severas de maneira adequada, a injeção de corrente reativa de forma a minimizar a tensão se sequência negativa no ponto de conexão é uma possibilidade para a diminuição do fator de desequilíbrio. Entretanto é necessário limitar as correntes máximas de saída do conversor. Esta tese propõem uma estratégia de limitação de corrente para conversores conectados à rede que possibilita o uso da plena capacidade de corrente do conversor na injeção de correntes desequilibradas para o suporte de tensão. Para atingir esse objetivo, as referências de corrente são dividas em três partes e com objetivos distintos. A primeira é associada a potência ativa sincronizada com a tensão de sequência positiva. A segunda representa a parcela de potência reativa sincronizada com a tensão de sequência positiva e a terceira parcela representa a potência reativa sincronizada com a tensão de sequência negativa. Pelo cômputo da norma máxima das correntes por uma expressão genérica é possível determinar as correntes de referência que respeitam os limites de corrente do conversor. Resultados de simulação e experimentais corroboram as contribuições desta tese.