Orientador: José Antenor Pomilio / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-23T00:46:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alvarenga_MarcosBalduinode_D.pdf: 18917931 bytes, checksum: a0630621c255135a8bf5fd49974daea6 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Esta tese apresenta contribuições para o emprego de inversor multinível em cascata simétrica como filtro ativo de potência. O balanceamento das tensões nos barramentos CC é feito a partir de informação de um único bit obtido em cada módulo do conversor. O balanceamento é realizado através da postergação ou da supressão dos pulsos e, também, pela organização da ordem de acionamento das chaves semicondutoras de potência. A estratégia de modulação desenvolvida permite também a equalização dos pulsos de chaveamento entre os diversos módulos do inversor e suprime um porcentual de comutações redundantes ou irrelevantes, minimizando as perdas do conversor. Toma-se como parâmetro de qualidade a distorção harmônica decorrente de tais procedimentos. A técnica desenvolvida viabiliza a inserção de células em redundância, o que aumenta a confiabilidade da operação, favorecendo sua aplicação em filtros ativos de potência e dispositivos de condicionamento aplicados em redes de energia elétrica. O controle da corrente do filtro ativo e o controle das tensões nos barramentos CC são executados por dois controladores independentes, cujos projetos são detalhados e equacionados. A estratégia foi avaliada em um protótipo experimental de baixa tensão, constituído de um conversor multinível composto por quatro células simétricas, sendo uma em redundância, comandadas por um microcontrolador. Foram realizadas, também, simulações, considerando um alimentador de distribuição com 22,5 MVA e 13,8 kV. Nas análises dos resultados, são considerados os valores estabelecidos por normas relativas ao limite de harmônicas de corrente / Abstract: The present thesis shows contributions to the use of symmetrical cascaded multilevel inverter as active power filter. The balancing of the voltages on the DC bus is made from a single bit of information obtained in each converter module. Balancing is performed by postponement or suppression pulses and also for organizing the order of activation of the power semiconductor switches. The modulation strategy developed also allows the equalization of switching pulses between different inverter modules and removes a percentage of redundant or irrelevant switching, minimizing the losses of the converter. Taken as the quality parameter was the harmonic distortion resulting from such procedures. The technique developed enables the insertion of cells in redundancy, which increases reliability of the operation, in favor of their use in active power filters and conditioning devices used in power grids. The current control of active filter and control voltages in DC buses are performed by two independent controllers, whose projects are detailed and calculated. The strategy was evaluated in an experimental prototype low-voltage, consisting of a multilevel converter composed of four symmetrical cells, one redundancy, controlled by a microcontroller. It was also performed simulations considering a distribution feeder with 22.5 MVA and 13.8 kV. In the analysis of the results it was taken into account established values by standards for harmonic current limit / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: José Antenor Pomilio / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-19T00:56:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pimentel_SergioPires_D.pdf: 7198764 bytes, checksum: 8dbb9a95a5a5374423051cba1bcfc1be (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Este trabalho aborda as características que envolvem o gerenciamento da operação de um sistema monofásico de geração distribuída. Embora tais características possam ser expandidas para sistemas trifásicos e de potência elevada, o sistema proposto está relacionado com aplicações de geração distribuída em baixa tensão ou naquelas que envolvam consumidores residenciais. O funcionamento do sistema proposto é baseado em um conversor eletrônico de potência elaborado a partir da estrutura multinível na topologia cascata assimétrica de 19 níveis. Nesta topologia, as tensões dos barramentos CC devem ser isoladas e desiguais entre si. Tal condição permite o envolvimento, nos barramentos CC do inversor, de múltiplas ou diferentes fontes alternativas de energia elétrica tais como sistemas fotovoltaicos, sistemas de células a combustível ou sistemas eólicos associados com conversores CC/CC. Com o sistema em operação, busca-se uma injeção apenas de potência ativa no sistema de distribuição alimentador e um fornecimento ininterrupto de energia elétrica para uma carga local mesmo quando nesta predominar características não-lineares de alimentação. Assim, de acordo com os seus objetivos, o sistema proposto opera de forma contínua e intercalada entre os modos ilhado e compartilhado. Detalhes sobre tais modos de operação e suas respectivas transições são apresentadas. As transições envolvem a detecção de ilhamento e o êxito no sincronismo. Em função disso, é apresentado um método ativo de detecção de condições de ilhamento. Tal método representa a adaptação de um método ativo já existente (AFDPF) aos requisitos de operação do sistema proposto neste trabalho. Justificativas e detalhes dessa adaptação do método ativo AFDPF são apresentados. Com relação à outra transição, um método de sincronismo baseado em técnicas PLL é apresentado. Tal método de sincronismo atende os requisitos estabelecidos em IEEE Std 1547-2003, diminuindo os impactos de uma possível religação com o sistema de distribuição. Para permitir um melhor funcionamento sob diferentes requisitos, também são descritas as etapas que envolvem os métodos de projeto dos controladores adotados: controlador PI de corrente de saída; controlador PI de potência média injetada; e controlador P+Ress de tensão na carga. Em especial, é apresentada uma nova metodologia de projeto do controlador proporcional e ressonante (P+Ress) de tensão baseada na sua resposta em malha fechada observada no domínio do tempo, em contrapartida ao seu método clássico de projeto baseado no domínio da freqüência. Um modelo matemático para simulações computacionais e um protótipo experimental utilizando o DSP TMS320F2812 foram considerados. Resultados de simulações computacionais e experimentais são comparados e permitem a verificação do comportamento do sistema proposto sob condições normais e anormais de operação / Abstract: This work regards the issues related to the operation management of a single-phase distributed generation system. Although these issues can be applied three-phase systems and high power systems, the proposed system is related to low voltage distributed generation applications or related to residential consumers. The operation of the single-phase proposed system is based on an utility-interactive power electronics converter which is composed by an asymmetrical cascaded multilevel inverter. This topology is able to create an output signal with up to 19 levels and it is supplied by DC voltage power sources that must be isolated and unequal from each other. By this demand it is possible to combine multiple and/or different alternative DC voltage power supplies as photovoltaic, fuel cells or wind energy systems into the DC buses of the single-phase multilevel inverter. During the operation of the proposed system, an injection of only active power into the grid utility and an uninterrupted load supply are achieved even when the local load (or group of local loads) has predominant nonlinear characteristics. For those reasons the proposed system operates continuously and alternately between two operation modes: grid-connected mode and stand-alone mode. Details about them and its transitions are also presented. The transitions are related to a correct detection of islanding situations and also to an effective synchronization method. The islanding detection is achieved by adaptations on an already known active method (AFDPF) to accomplish the project's goals. The reasons and details about these adaptations are presented. Furthermore the synchronization method is described and it is based on PLL techniques. Both transition methods meet the IEEE Std 1547-2003 requirements and it decreases the impacts from the proposed system into grid utility. To guarantee a suitable operating under several conditions, a wide range of operation points can be found by using the design methods described to each proposed controller: PI output current controller; PI injected active power controller; and a P+Ress load voltage controller. In highlights it is proposed a new design method to proportional and resonant controller (P+Ress) based on its closed-loop time response, instead of the classical method based on its open-loop frequency response. A mathematical model for simulations and an experimental low power prototype based on DSP TMS320F2812 have been considered. Simulation and experimental results are compared and they allow examining the performance of the proposed system operating under normal and abnormal conditions / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientadores: José Antenor Pomilio, Helmo Kelis Morales Paredes / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-27T15:42:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bonaldo_JaksonPaulo_D.pdf: 17560251 bytes, checksum: 58f533494814fb77a6b0736b27fa4d61 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Esta tese apresenta contribuições para a utilização multifuncional de conversores eletrônicos de potência aplicados à geração distribuída de energia. Através das técnicas propostas, o conversor, que convencionalmente atua como interface entre fontes alternativas de energia e a rede elétrica, agrega funcionalidades relacionadas ao tratamento de problemas de qualidade da energia elétrica, passando a operar, também, como um filtro ativo de potência. As estratégias desenvolvidas para viabilizar o uso multifuncional do conversor têm como base a corrente que flui por uma carga local conectada ao ponto de acoplamento do conversor. Através da decomposição da corrente da carga em parcelas ortogonais relacionadas aos distúrbios de qualidade de energia, podem ser escolhidos os distúrbios a serem compensados, bem como o grau de compensação a ser aplicado. Entretanto, devido ao comportamento intermitente e imprevisível das cargas e das fontes alternativas de energia, a capacidade de potência ou corrente do conversor pode ser insuficiente para realizar sua função primária, isto é, a injeção da energia produzida pela fonte local, simultaneamente à compensação de distúrbios de qualidade de energia. Por isso, são desenvolvidas estratégias para limitar a potência ou corrente processadas pelo conversor, priorizando a injeção da potência gerada pela fonte local. Também é apresentado um breve estudo sobre a operação coordenada entre conversores multifuncionais em microrredes inteligentes de energia. Através de uma rede de dados os conversores são conectados a uma central de monitoramento e supervisão que ajusta de forma "on-line" as funções auxiliares que devem ser executadas por cada um dos conversores. As análises e testes realizados ao decorrer do trabalho consideram um cenário comumente encontrado em redes de distribuição de energia em baixa tensão, cujas impedâncias são elevadas e a distorção harmônica presente na tensão é considerável. As estratégias multifuncionais propostas neste trabalho foram validadas por resultados experimentais obtidos através da implementação de protótipos de conversores multifuncionais / Abstract: This thesis presents the development of strategies to operate grid-tied power electronic converters, which are conventionally used as power interface between renewable power sources and the grid, as a multifunctional device. Through the application of the proposed control techniques, the grid-tied converter is able to aggregate additional features intended to perform ancillary services related to power quality improvement. Therefore, the original function of the grid-tied converter is combined with features of an active power filter. The strategies developed to allow the multifunctional operation are based on the current throughout a local load which is connected at the point of coupling of the converter. By means of the decomposition of the load current into orthogonal components it is possible to choose the kind of disturbance to be compensated, as well as, the level of compensation. However, due to the unpredictable behavior of renewable energy sources and loads, the power or current capacity available in grid-tied converter may be insufficient to perform its primary function, i.e. the injection of the active power generated by the energy source, along with the power quality improvement. Therefore, strategies to limit the power or current processed by the converter are developed giving priority to the active power injection. It is also presented a brief study about the coordinated operation of multifunctional power converters used in smart microgrids. A communication network is used to connect the power converters to a remote central of supervision that adjusts the ancillary services each converter should perform. Analysis, tests and discussions performed in this thesis consider a scenario commonly observed in low voltage energy networks, where the grid is weak and, in general, non-sinusoidal. The strategies and techniques proposed were validated through experimental results obtained by the implementation of multifunctional power converters prototypes / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica