NHS / Este trabalho apresenta o desenvolvimento e a implementação de um retificador Ponte Completa isolado em alta frequência com elevado fator de potência para aplicações em UPS. Este conversor é composto por um conversor Boost multi-fase operando em modo contínuo (CCM) integrado a um conversor ZVS CC-CC Ponte Completa sem o indutor de saída operando em modo descontínuo (DCM). A topologia apresenta comutação suave intrínseca, permitindo a operação com baixas perdas por comutação em altas frequência. Este conversor também apresenta operação multi-fase e redução da ondulação da corrente de entrada com o uso de dois indutores de entrada. A estrutura sem ponte de diodos possibilita a redução do número de componentes da etapa de potência, apresentando baixas perdas por condução. A implementação de uma nova malha de controle de potência, adicional ao controle convencional, permite melhor resposta dinâmica do conversor. Os detalhes da estratégia de controle, bem como o projeto dos componentes do circuito são apresentados. Os resultados são obtidos através de um protótipo com frequência de chaveamento de 43,2 kHz e comprovados através da simulação, sendo o rendimento máximo é igual a 92,2 % com potência nominal, 1,7 kW. Um novo controle com duas modulações independentes também é proposto, permitindo o conversor também operar como abaixador de tensão. Esta modificação possibilita maior faixa de tensão de saída do conversor e consequentemente para a saída do UPS. / This paper presents the development and implementation of a high power factor full-bridge rectifier with high frequency isolation for UPS applications. This converter is composed by a multiphase boost converter operating in continuous mode (CCM) integrated with a ZVS DC-DC full-bridge converter without the output inductor and operating in discontinuous mode (DCM). The topology presents intrinsic ZVS commutation allowing the operation with lower switching losses at higher frequencies. It also presents multiphase operation and input current ripple reduction by using two input inductors. The structure bridgeless rectifier reduces the number of semiconductors in conduction of power circuit, presenting lower conduction losses. The implementation of a new power loop control, allows a better dynamic converter response. Details of the control strategy and circuits components design are presented. The results are verified through a prototype with switching frequency equal to 43,2 kHz and the maximum efficiency is equal to 92,2 % at nominal power, 1,7 kW. A new control with two independent modulations is also proposed, allowing the converter operating also as step-down voltage. This modification provides greater range of converter output voltage and thus the output of the UPS.

Neste trabalho é apresentada uma abordagem de controle de demanda para consumidores residenciais de baixa tensão, visando melhoria da eficiência energética em Smart Grids. Inicialmente, um emulador de cargas elétricas residenciais é modelado com base na literatura. O emulador é composto pelo modelo de um reservatório de aquecimento de água (boiler), o modelo de um aparelho de ar condicionado e também modelos de consumo de iluminação, televisores e uma geladeira. Utilizando o software Matlab foi realizada a implementação e simulação do emulador. Os principais algoritmos de controle de demanda são investigados, a fim de verificar o seu desempenho quando aplicados ao conjunto de cargas residenciais. Esses algoritmos normalmente realizam o controle de demanda a partir de um sistema de prioridades. Ainda, a partir dessa analise demostra-se que estes algoritmos consideram níveis de conforto do usuário, porém não permitem o acionamento de duas ou mais cargas em um mesmo período caso a demanda da residência ultrapasse um limite predeterminado. Portanto, propõem-se um algoritmo de controle de demanda adaptativo que utiliza o método de busca Rosenbrock, com o objetivo de sobrepujar tais limitações. O procedimento proposto realiza a operação das cargas residenciais de forma gradual considerando níveis de prioridade e parâmetros de conforto dos usuários. Demonstra-se através de simulações e experimentos que através do método proposto é possível realizar a ativação de diversas cargas concorrentemente, desde que respeitados os níveis de conforto e de demanda. Para obtenção dos resultados experimentais o controlador de demanda foi implementado em um sistema embarcado e testado com o emulador de cargas elétricas residenciais implementado em uma arquitetura HIL (Hardware-in-the-loop). Analisando os resultados, observou-se que o consumo de energia foi o mesmo para todos os cenários simulados sendo que a demanda se manteve abaixo dos limites parametrizados. Porém com o limitador de demanda ativo, se obteve uma redução de até 52% no tempo de aquecimento da água utilizando o controlador de demanda adaptativo, dessa forma o desconforto dos usuários pode ser minimizado. / This work presents an approach to control demand for residential low voltage consumers, aiming to improve energy efficiency in Smart Grids. Initially, an emulator of residential electric loads is modeled based on the literature. The emulator consists of a reservoir for water heating model, the model of an air conditioner and also models of consumption for lighting, televisions and a refrigerator. The implementation and simulation were performed using software Matlab. The demand control algorithms are investigated in order to verify its performance when applied to the set of residential loads. These algorithms typically perform control demand from a system of priorities. Still, from this analysis it demonstrates that these algorithms consider levels of user comfort, but do not allow the drive of two or more loads in the same period of residence if the demand exceeds the limit. Therefore, we propose a control algorithm that uses Rosenbrock search of demand adaptive method, aiming to overcome these limitations. The proposed procedure performs the operation of residential loads gradually considering priority levels and parameters of comfort of users. It is shown through simulations and experiments using the proposed method can perform the activation of several concurrently loads, provided they comply with the limits of comfort and demand. To obtain the experimental results demand the controller was implemented in an embedded system and tested with the emulator residential electrical loads implemented in a HIL (Hardware-in-theloop) architecture. Analyzing the results, it was observed that the power consumption is the same for all scenarios simulated and demand remained below parametric limits. But with the demand limiter active, we obtained a reduction of up to 52% in heat water using the demand controller adaptive, so the discomfort of the users can be minimized.

Este trabalho apresenta o projeto e a implementação prática de um método completo para ser utilizado na conexão de UPSs monofásicos em paralelo. Existe um algoritmo que executa o droop de fase/frequência, e um novo método que trabalha com e sem comunicação de dados entre os inversores. Quando a comunicação está ativa, um novo algoritmo é utilizado, inserindo um resistência virtual variável, junto com o compartilhamento de potência ativa, obtendo um baixo valor de THD (Total Harmonic Distortion) na tensão de saída e bom compartilhamento de potência. Quando a comunicação de dados não funciona, uma resistência virtual constante é inserida, aumentando a THD de saída com carga não-linear, mas ainda proporcionando um bom compartilhamento de potência ativa. A vantagem é poder obter um bom desempenho quando a comunicação de dados está operando, mas, no caso de sua falha, o sistema ainda funciona, proporcionando maior confiabilidade. A implementação possui um algoritmo de emulação de carga eletrônica, com o propósito de executar testes de produção, baseado no mesmo algoritmo de paralelismo, apenas mudando algumas variáveis. / This work presents the design and experimental implementation of a complete paralleling method to be used for parallel single-phase UPSs connection. There is a algorithm that performs a phase/frequency droop, and a new method to work with or without data communication among the inverters. When communication is working, a new algorithm is used, inserting a variable virtual resistance in the output, along with active power sharing, obtaining a low output voltage THD (Total Harmonic Distortion) value and good power sharing. Without communication a constant virtual resistance is inserted, increasing the output THD with non-linear load, but still allowing a good active power sharing. The advantage is to obtain a good performance operation with communication, but, in case of communication failure, the system still works providing more reliability. The implementation have a electronic load emulation algorithm, with purpose to execute factory tests, based in the same parallelism algorithm, just changing some variables.

NHS / Este trabalho apresenta o desenvolvimento e a implementação de um retificador Ponte Completa isolado em alta frequência com elevado fator de potência para aplicações em UPS. Este conversor é composto por um conversor Boost multi-fase operando em modo contínuo (CCM) integrado a um conversor ZVS CC-CC Ponte Completa sem o indutor de saída operando em modo descontínuo (DCM). A topologia apresenta comutação suave intrínseca, permitindo a operação com baixas perdas por comutação em altas frequência. Este conversor também apresenta operação multi-fase e redução da ondulação da corrente de entrada com o uso de dois indutores de entrada. A estrutura sem ponte de diodos possibilita a redução do número de componentes da etapa de potência, apresentando baixas perdas por condução. A implementação de uma nova malha de controle de potência, adicional ao controle convencional, permite melhor resposta dinâmica do conversor. Os detalhes da estratégia de controle, bem como o projeto dos componentes do circuito são apresentados. Os resultados são obtidos através de um protótipo com frequência de chaveamento de 43,2 kHz e comprovados através da simulação, sendo o rendimento máximo é igual a 92,2 % com potência nominal, 1,7 kW. Um novo controle com duas modulações independentes também é proposto, permitindo o conversor também operar como abaixador de tensão. Esta modificação possibilita maior faixa de tensão de saída do conversor e consequentemente para a saída do UPS. / This paper presents the development and implementation of a high power factor full-bridge rectifier with high frequency isolation for UPS applications. This converter is composed by a multiphase boost converter operating in continuous mode (CCM) integrated with a ZVS DC-DC full-bridge converter without the output inductor and operating in discontinuous mode (DCM). The topology presents intrinsic ZVS commutation allowing the operation with lower switching losses at higher frequencies. It also presents multiphase operation and input current ripple reduction by using two input inductors. The structure bridgeless rectifier reduces the number of semiconductors in conduction of power circuit, presenting lower conduction losses. The implementation of a new power loop control, allows a better dynamic converter response. Details of the control strategy and circuits components design are presented. The results are verified through a prototype with switching frequency equal to 43,2 kHz and the maximum efficiency is equal to 92,2 % at nominal power, 1,7 kW. A new control with two independent modulations is also proposed, allowing the converter operating also as step-down voltage. This modification provides greater range of converter output voltage and thus the output of the UPS.

Neste trabalho é apresentada uma abordagem de controle de demanda para consumidores residenciais de baixa tensão, visando melhoria da eficiência energética em Smart Grids. Inicialmente, um emulador de cargas elétricas residenciais é modelado com base na literatura. O emulador é composto pelo modelo de um reservatório de aquecimento de água (boiler), o modelo de um aparelho de ar condicionado e também modelos de consumo de iluminação, televisores e uma geladeira. Utilizando o software Matlab foi realizada a implementação e simulação do emulador. Os principais algoritmos de controle de demanda são investigados, a fim de verificar o seu desempenho quando aplicados ao conjunto de cargas residenciais. Esses algoritmos normalmente realizam o controle de demanda a partir de um sistema de prioridades. Ainda, a partir dessa analise demostra-se que estes algoritmos consideram níveis de conforto do usuário, porém não permitem o acionamento de duas ou mais cargas em um mesmo período caso a demanda da residência ultrapasse um limite predeterminado. Portanto, propõem-se um algoritmo de controle de demanda adaptativo que utiliza o método de busca Rosenbrock, com o objetivo de sobrepujar tais limitações. O procedimento proposto realiza a operação das cargas residenciais de forma gradual considerando níveis de prioridade e parâmetros de conforto dos usuários. Demonstra-se através de simulações e experimentos que através do método proposto é possível realizar a ativação de diversas cargas concorrentemente, desde que respeitados os níveis de conforto e de demanda. Para obtenção dos resultados experimentais o controlador de demanda foi implementado em um sistema embarcado e testado com o emulador de cargas elétricas residenciais implementado em uma arquitetura HIL (Hardware-in-the-loop). Analisando os resultados, observou-se que o consumo de energia foi o mesmo para todos os cenários simulados sendo que a demanda se manteve abaixo dos limites parametrizados. Porém com o limitador de demanda ativo, se obteve uma redução de até 52% no tempo de aquecimento da água utilizando o controlador de demanda adaptativo, dessa forma o desconforto dos usuários pode ser minimizado. / This work presents an approach to control demand for residential low voltage consumers, aiming to improve energy efficiency in Smart Grids. Initially, an emulator of residential electric loads is modeled based on the literature. The emulator consists of a reservoir for water heating model, the model of an air conditioner and also models of consumption for lighting, televisions and a refrigerator. The implementation and simulation were performed using software Matlab. The demand control algorithms are investigated in order to verify its performance when applied to the set of residential loads. These algorithms typically perform control demand from a system of priorities. Still, from this analysis it demonstrates that these algorithms consider levels of user comfort, but do not allow the drive of two or more loads in the same period of residence if the demand exceeds the limit. Therefore, we propose a control algorithm that uses Rosenbrock search of demand adaptive method, aiming to overcome these limitations. The proposed procedure performs the operation of residential loads gradually considering priority levels and parameters of comfort of users. It is shown through simulations and experiments using the proposed method can perform the activation of several concurrently loads, provided they comply with the limits of comfort and demand. To obtain the experimental results demand the controller was implemented in an embedded system and tested with the emulator residential electrical loads implemented in a HIL (Hardware-in-theloop) architecture. Analyzing the results, it was observed that the power consumption is the same for all scenarios simulated and demand remained below parametric limits. But with the demand limiter active, we obtained a reduction of up to 52% in heat water using the demand controller adaptive, so the discomfort of the users can be minimized.

Orientador: Jose Antenor Pomilio / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-09T17:49:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ferreira_AndreAugusto_D.pdf: 4648060 bytes, checksum: fec10ea5d77379b209259bd3174d9224 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Este trabalho propõe uma estratégia de gestão de energia, para aplicações em veículos elétricos, baseado em um sistema supervisório nebuloso que combina três diferentes fontes de suprimento, em termos de densidade de energia e de densidade de potência, a saber: célula a combustível, bateria e supercapacitor. O sistema supervisório coordena o fluxo de potência entre os dispositivos de suprimento de energia e provê elevada qualidade de energia necessária para um bom desempenho do sistema de propulsão do veículo elétrico. A estratégia proposta de gestão de energia do conversor eletrônico com múltiplas entradas possibilita o controle individual da transferência de potência das fontes de suprimento, em suas melhores regiões da atuação. Um conveniente arranjo entre as fontes e alocação dos recursos disponíveis permite reduzir o dimensionamento da célula a combustível. Adicionalmente, a vida útil destas fontes e a imunidade do sistema de suprimento a variações bruscas de demanda de potência são melhoradas. Um protótipo de 3 kW é simulado e avaliado experimentalmente, incluindo um banco de baterias de chumbo-ácido e supercapacitor, para comprovar a eficácia da estratégia de controle proposta / Abstract: This work introduces an Energy Management strategy, for electrical vehicle applications, based on a fuzzy logic supervisory system that is able to combine three different power supply sources, i. e., fuel cell, battery and supercapacitor. The supervisory system coordinates the power flow between the power sources so that the system is able to provide high power quality, which is needed to achieve the desirable dynamic performance of the propulsion system. The proposed energy management strategy of a multiple input power electronic converter takes advantage of the individual characteristics of each power sou rce and makes than operate atthe best operation region. Through adequate power sources arrangements and use of the available resources, the fuel cell size is reduced. In addition, the power sources¿ life time and the system ride-through at sudden load disturbances are increased. Simulation and experimental results of a 3 kW prototype, with real supercapacitor and lead-acid batteries bank, prove that the fuzzy logic is a suitable energy management control strategy / Doutorado / Automação / Doutor em Engenharia Elétrica

Power electronics applications in high power are normally large, expensive, spatially distributed systems. These systems are typically complex and have multiple functions. Due to these properties, the control algorithm and its implementation are challenging, and a different approach is needed to avoid customized solutions to every application while still having reliable sensor measurements and converter communication and control. This thesis proposes a synchronous digital control architecture that allows for the communication and control of devices via a fiber optic communication ring using digital technology. The proposed control architecture is a multidisciplinary approach consisting of concepts from several areas of electrical engineering. A review of the state of the art is presented in Chapter 2 in the areas of power electronics, fieldbus control networks, and digital design. A universal controller is proposed as a solution to the hardware independent control of these converters. Chapter 3 discusses how the controller was specified, designed, implemented, and tested. The power level specific hardware is implemented in modules referred to as hardware managers. A design for a hardware manager was previously implemented and tested. Based on these results and experiences, an improved hardware manager is specified in Chapter 4. A fault tolerant communication protocol is specified in Chapter 5. This protocol is an improvement on a previous version of the protocol, adding benefits of improved synchronization, multimaster support, fault tolerant structure with support for hot-swapping, live insertion and removals, a variable ring structure, and a new network based clock concept for greater flexibility and control. Chapter 6 provides a system demonstration, verifying the components work in configurations involving combinations of controllers and hardware managers to form applications. Chapter 7 is the conclusion. VHDL code is included for the controller, the hardware manager, and the protocol. Schematics and manufacturing specifications are included for the controller. / Master of Science

Digitally controlled switching DC-DC converters have recently emerged as an attractive alternative to conventional switching converters based on analog control techniques. This research focuses on eliminating the issues associated with the state of the art switching converters by proposing three novel control techniques: (1) a digitally controlled Buck-Boost converter uses a fully synthesized constant ON/OFF time-based fractional-N controller to regulate the output over a 3.3V-to-5.5V input voltage range and provides seamless transition from buck to buck-boost modes (2) a hysteretic buck converter that employs a highly digital hybrid voltage/current mode control to regulate output voltage and switching frequency independently (3) a 10MHz continuous time PID controller using time based signal processing which alleviates the speed limitations associated with conventional analog and digital. All the three techniques employ digitally assisted control techniques and require no external compensation thus making the controllers fully integrated and highly cost effective. / Graduation date: 2013 / Access restricted to the OSU Community at author's request from June 25, 2012 - June 25, 2014

Neste trabalho é apresentado um estudo de controladores aplicados a retificadores boost pré reguladores de alto fator de potência. A estratégia convencional, mais utilizada, é o controle por valores médios instantâneos que apresenta uma malha de corrente rápida e uma malha de tensão lenta. A frequência de corte desta última malha é baixa devido a ondulação de tensão de saída no dobro da frequência da rede que deve existir para apresentar uma corrente de entrada com baixa distorção harmônica. Esses controles apresentam um sobressinal elevado e transição lenta durante transitórios de carga, levando a elevação da tensão dos capacitores de saída. A técnica apresentada é um controlador digital com feedforward de potência de saída associado a uma malha de realimentação direta, também conhecido como autocontrole. Essa estratégia possibilita melhores resultados nos transitórios de carga possibilitando redução do capacitor de saída com reduzido sobressinal no transitório de carga. / In this work a study applied in controlled boost rectifiers with high power factor is presented. A most widely used conventional control strategy is the instant average current control, this kind of control have a fast current loop and a slow voltage loop.The cutoff frequency of the voltage loop is low because the output voltage ripple must be twice the frequency of the input network, that need to exist to provide an input current with low harmonic distortion. These controllers feature a high overshoot and a slow transition during the transient load what leads a high voltage in the output capacitors. The developed technique is a digital controller that operate with a feedforward output power associated with one cycle control. This strategy provides better results in the load transient, reducing the overshoot and alloying a reduction of the output capacitor.

Neste trabalho é apresentado um estudo de controladores aplicados a retificadores boost pré reguladores de alto fator de potência. A estratégia convencional, mais utilizada, é o controle por valores médios instantâneos que apresenta uma malha de corrente rápida e uma malha de tensão lenta. A frequência de corte desta última malha é baixa devido a ondulação de tensão de saída no dobro da frequência da rede que deve existir para apresentar uma corrente de entrada com baixa distorção harmônica. Esses controles apresentam um sobressinal elevado e transição lenta durante transitórios de carga, levando a elevação da tensão dos capacitores de saída. A técnica apresentada é um controlador digital com feedforward de potência de saída associado a uma malha de realimentação direta, também conhecido como autocontrole. Essa estratégia possibilita melhores resultados nos transitórios de carga possibilitando redução do capacitor de saída com reduzido sobressinal no transitório de carga. / In this work a study applied in controlled boost rectifiers with high power factor is presented. A most widely used conventional control strategy is the instant average current control, this kind of control have a fast current loop and a slow voltage loop.The cutoff frequency of the voltage loop is low because the output voltage ripple must be twice the frequency of the input network, that need to exist to provide an input current with low harmonic distortion. These controllers feature a high overshoot and a slow transition during the transient load what leads a high voltage in the output capacitors. The developed technique is a digital controller that operate with a feedforward output power associated with one cycle control. This strategy provides better results in the load transient, reducing the overshoot and alloying a reduction of the output capacitor.