Orientador: Ernesto Ruppert Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-17T05:47:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Villalva_MarceloGradella_D.pdf: 10773240 bytes, checksum: aeccba84d675a257bed00100b3d011cb (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Este trabalho é uma contribuição ao estudo de conversores eletrônicos para sistemas fotovoltaicos de geração distribuída de energia elétrica. O objetivo principal é apresentar o desenvolvimento e os resultados de um conversor eletrônico trifásico para a conexão de um conjunto de painéis solares fotovoltaicos à rede elétrica de baixa tensão. São apresentados resultados experimentais e estudos teóricos sobre a modelagem e a simulação de dispositivos fotovoltaicos, a regulação da tensão fotovoltaica, o rastreamento da máxima potência e a modelagem e o controle de um conversor eletrônico de dois estágios / Abstract: This work is a contribution to the study of power converters for photovoltaic distributed generation systems. The main objective is to present the development and results of a threephase power converter for a grid-connected photovoltaic plant. The work presents experimental results and theoretical studies on the modeling and simulation of photovoltaic devices, regulation of the photovoltaic voltage, maximum power point tracking, and the modeling and control of a two-stage grid-connected power converter / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Jose Antenor Pomilio / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e Computação / Made available in DSpace on 2018-08-07T03:19:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pimentel_SergioPires_M.pdf: 2753814 bytes, checksum: 4e94e3c8b75144bb509d505233b11dcb (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Este trabalho aborda a implementação de um filtro ativo de potência utilizando um inversor mul­tinível com topologia em cascata assimétrica. Justificativas para utilização de estruturas multiníveis são discutidas. O sistema de controle utilizado garante um fornecimento nulo de potência ativa pelo filtro ativo e que a corrente fornecida pela fonte de alimentação tenha a mesma forma de onda da tensão de alimentação. Com isso, o fator de potência visto pela fonte é próximo de seu valor unitário e a fonte fornece apenas potência ativa à carga. Resultados de simulações e experimentais validam o esquema adotado. Também é descreva uma proposta para se realizar o controle das tensões CC da topologia em cascata assimétrica. Palavras-chave: Eletrônica de Potência, Inversor Multinível, Qualidade da Energia Elétrica, Fil­tro Ativo de Potência, Controle Digital / Abstract: This work regards a shunt active power filter implementation using an asymmetrical cascaded multilevel convel1er. Reasons for using multilevel structures are discussed. The system control gua­rantees that the active power filter does not supply active power and the source current has the same waveform of the source voltage. Consequently, the power factor from the source side is almost one and the source only supplies active power to the load. Simulation and experimental results validate the applied scheme. A proposal for controlling the DC voltages from the asymmetrical cascaded topology is also described. / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: José Antenor Pomilio, Luiz Carlos Pereira da Silva / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-15T23:21:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MorenoMartinez_RodolfoManuel_D.pdf: 3227759 bytes, checksum: b66cea18c73d62eee160d3b5cf012d1f (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O presente trabalho estuda problemas do controle de fluxo de potência e de gestão de ilhamento em sistemas de geração distribuída de pequeno porte nos quais a interface com a rede elétrica sejam feitas por meio de conversores eletrônicos de potência. O sistema completo apresenta conversor "on-line", no qual a potência produzida localmente é totalmente processada pelo conversor, juntamente com uma estrutura "interativa com a rede", na qual o conversor opera para manter determinados padrões de desempenho sem, no entanto, processar potência ativa. É também focalizado o problema de qualidade da energia elétrica, analisando-se maneiras de operar os conversores de modo a mitigar problemas relacionados a harmônicos. Além de estudos de modelagem e simulação, avança-se na implementação experimental de algumas das técnicas analisadas / Abstract: This work studies problems of power flow control and islanding management in small power distributed generation systems in which the interface with the grid is made through electronic power converters. The complete system has "on-line" behavior, in which the power produced locally is fully processed by the converter, and also a structure "line-interactive," in which the converter operates to maintain certain performance standards without, however, process active power. It is also focused on the problem of power quality, analyzing ways to operate the converter in order to mitigate problems related to harmonics. In addition to modeling and simulation, some experimental implementation of the proposed techniques are realized / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

A máquina a relutância chaveada ganhou considerável atenção da comunidade científica com o desenvolvimento da eletrônica de potência e é considerada hoje uma máquina elétrica promissora para algumas aplicações, principalmente aquelas onde há a necessidade de operação em velocidade variável seja como motor ou como gerador. Sendo assim, este trabalho apresenta a dinâmica de funcionamento de uma máquina a relutância chaveada, com uma estrutura 6 x 4, ou seja contendo seis pólos no estator e quatro pólos no rotor, operando no modo gerador. A dinâmica de funcionamento é apresentada e comparada através de resultados experimentais e resultados simulados em ambiente Matlab/Simulink. Os resultados experimentais foram possíveis devido a construção de um protótipo da máquina e da montagem de uma bancada de testes. O projeto desenvolvido para construção do protótipo e da bancada de testes é apresentado neste trabalho. / Switched reluctance machines have received considerable attention from the scientific community due to advances in power electronics, and now is considered a promising electric machine for some applications, especially where variable speed operations are needed for motor or generator. Therefore, this work presents the dynamics of a switched reluctance machine, operating as a generator, with 6 x 4 structure, i.e., six stator poles and four poles in the rotor. Experimental results, which were obtained from a machine prototype installed on a test bench, were compared with Matlab/Simulink computational simulations. The designing aspects for the prototype construction are also discussed in this work.

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

Orientadores: Ernesto Ruppert Filho, Marcelo Gradella Villalva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-19T00:52:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gazoli_JonasRafael_M.pdf: 7156744 bytes, checksum: 8382e373834c6001d3a70cd31e6f291f (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Este trabalho apresenta uma contribuição à pesquisa e ao desenvolvimento de microinversores monofásicos para sistemas fotovoltaicos de energia solar conectados à rede elétrica de baixa tensão. O objetivo principal da pesquisa é apresentar o projeto, a construção e os resultados experimentais de um microinversor eletrônico que processa a energia proveniente de um painel fotovoltaico e faz a conexão deste dispositivo com a rede El. São apresentados estudos teóricos e simulações sobre painéis fotovoltaicos, sobre a modelagem e o controle de conversores eletrônicos e sobre o algoritmo de rastreamento do ponto de máxima potência. São apresentados resultados experimentais obtidos com um microinversor experimental desenvolvido em laboratório, constituído de dois estágios de conversão (CC-CC e CC-CA) / Abstract: This thesis presents a contribution to research and development of single-phase micro-inverters for low voltage grid-connected photovoltaic systems. The main goal of this research is to present the project, the development and experimental results of an electronic micro-inverter that processes the energy from a photovoltaic panel and connects this device to the main grid. Theoretical studies and simulations on photovoltaic panels are shown, as the modeling and control of the electronic converters and the maximum power point tracking algorithm. Results with an experimental microinverter consisting of two stages (DC-DC and DC-AC) are also shown / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre 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: Ernesto Ruppert Filho; Marcelo Gradella Villalva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-20T00:11:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ota_JoaoInacioYutaka_M.pdf: 7717643 bytes, checksum: c0a1a3d8391b140cd3113fbbbc0106b8 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Este trabalho apresenta um estudo sobre filtro ativo de potência paralelo para sistema trifásico com quatro fios, discutindo técnicas de compensação e de controle de correntes. O estudo concentra-se no filtro ativo paralelo composto por um inversor do tipo fonte de tensão com quatro pernas. Com esta estrutura de conversor são realizados estudos e simulações em computador de estratégias de compensação de correntes harmônicas e de controle de correntes. São investigadas técnicas de controle repetitivo, ressonante e proporcional-integral. Os sistemas de controle de correntes são construídos com um algoritmo de modulação por largura de pulsos tridimensional com vetores espaciais, que é investigado em detalhes no trabalho / Abstract: This dissertation presents a study of three-phase four-wire shunt active power filter, discussing compensation and control currents techniques. The study focuses on the shunt active filter composed by a four-leg voltage source inverter. Using this converter structure studies about strategies for compensation of harmonic currents and current control are carried out through computer simulations. Repetitive, resonant and proportional-integral control techniques are investigated. The current control system is performed using an algorithm of three-dimensional space-vector pulse width modulation, which is investigated in detail in the work / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Voltage regulation still is a problem faced by power utilities currently. In addition to the series impedance and the significant load variation of the distribution grids, the main causes of voltage regulation problems, the requirements for the enhancement of power quality by the electricity regulatory agencies, increasing energy consumption, the inclusion of distributed generation and the development of the smart grids tends to increase the complexity of the distribution systems. One of the most used methods for voltage regulation in alternating current systems is the employment of tap changer on transformers, this method allows voltage regulation by varying the transformation ratio, modifying the value of the secondary voltage. The application of these devices is primarily performed by manual commutation mechanical devices in distribution systems, and by automatic electromechanical on load tap changers in substations. In the case of manual devices, operating costs and the impossibility of automatic voltage regulation are limiting factors, while in the case of electromechanical devices the limitations are mainly related to the costs of employment and maintenance. Currently, the increase of voltage and current operating levels of semiconductor devices has allowed envision the application of semiconductor switches instead of the mechanical switches employed nowadays. However, due to the operating characteristics of these devices, a detailed analysis of the commutation process is necessary, in order to allow the proper design of the devices involved in the commutation and protection process of the electronic tap changer. In this context, this work presents the analysis, design and implementation of an electronic on load tap changer applied to a single-phase distribution transformer, proposed as an alternative to the existing mechanical and electromechanical tap changers. Such a system enables the automatic voltage regulation, avoiding the insulation oil degradation, resulting from the commutation process, and also the elimination of movable parts, the main cause of defects in current automatic commutation devices. In addition to allowing steady state voltage regulation, the system allows the regulation for momentary voltage sags, since they occur in the transformer operating range. The analysis of the commutation process is presented, allowing the design of the electronic switches, as well as the protection system to be employed. Experimental results show the correct voltage regulation for different kinds of load, demonstrating the potential application of electronic on load tap changers in the current distribution systems and in future smart grids. / A regulação dos níveis de tensão é um problema ainda enfrentado pelas companhias concessionárias de energia elétrica atualmente. Além da impedância série e da significativa variação de carga das linhas de distribuição, principais causas dos problemas de regulação, a maior exigência dos agentes reguladores do sistema elétrico para a melhoria da qualidade de energia, o aumento do consumo de energia, a inclusão de geração distribuída e o desenvolvimento das redes inteligentes (smart grids), tendem a aumentar a complexidade dos sistemas de distribuição. Um dos métodos mais empregados na regulação de tensão em sistemas de corrente alternada é a aplicação de comutadores de taps em transformadores. Este método permite a regulação da tensão através da variação da relação de transformação, modificando o valor da tensão secundária. A aplicação desta solução é feita, majoritariamente, através de dispositivos mecânicos de comutação manual nos sistemas de distribuição e de dispositivos automáticos eletromecânicos de comutação sob carga em subestações. No caso dos dispositivos manuais, os custos operacionais e a impossibilidade da regulação automática de tensão são fatores limitantes, enquanto que no caso dos dispositivos eletromecânicos, os limitantes estão relacionados principalmente aos custos de implantação e de manutenção. Atualmente, o aumento dos níveis de tensão e corrente de operação dos dispositivos semicondutores tem permitido vislumbrar a aplicação de chaves semicondutoras em substituição às chaves mecânicas empregadas. Entretanto, devido às características de funcionamento destes dispositivos, uma análise detalhada do processo de comutação do sistema é necessária, de modo a permitir um adequado projeto dos dispositivos envolvidos no processo de comutação e proteção dos comutadores eletrônicos de taps. Neste contexto, o presente trabalho apresenta a análise, projeto e implementação de um comutador eletrônico de taps aplicado a um transformador de distribuição monofásico, proposto como alternativa aos comutadores mecânicos ou eletromecânicos existentes. Tal sistema permite a regulação automática da tensão, eliminando o desgaste do óleo isolante, resultante do processo de comutação sob carga e também a eliminação de partes móveis, principal causa de defeitos nos comutadores automáticos atuais. Além de permitir a regulação da tensão em regime permanente, o sistema possibilita a regulação para afundamentos de tensão momentâneos, desde que estejam na faixa de operação do transformador. A análise do processo de comutação do dispositivo estudado é apresentada, permitindo o projeto das chaves eletrônicas, bem como do sistema de proteção a ser empregado. Resultados experimentais demonstram a correta regulação de tensão do sistema desenvolvido, dentro dos limites de operação do transformador, para diferentes tipos de carga, evidenciando a potencialidade dos comutadores eletrônicos de taps em aplicações nas atuais redes de distribuição e nas futuras redes inteligentes.

Orientador: Sigmar Maurer Deckmann / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-04T01:37:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marafao_FernandoPinhabel_D.pdf: 5459950 bytes, checksum: 2005dfac2636a25b18741d31d843a03e (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Este trabalho apresenta uma Metodologia Seletiva de Identificação das parcelas consideradas ideais de tens~ao e corrente eletricas em um sistema polifasico, bem como das parcelas associadas a disturbios e fenomenos responsaveis pela deterioração da qualidade de energia. Tal metodologia e descrita por meio da aplicação de tecnicas de processamento digital de sinais, possibilitando a formulação de filtros digitais, detectores de sequencia positiva, algoritmos de identicação de frequencia, Multiplicadores de Lagrange, etc, as quais podem ser implementados em processadores de aritmetica saturada (ponto-fixo). Atraves de tal metodologia e das tecnicas estudadas, e possivel discutir e propor uma abordagem alternativa na definição de uma Teoria de Potência Unificada, adequada a condições de formas de onda não-senoidais e/ou assimetricas, bem como propor estrategias de compensação para condicionadores de energia, tais como os Filtros Ativos de Potência. O trabalho tambem apresenta um breve estudo sobre os controladores digitais necessarios à implementação pratica de um filtro ativo de potência, destacando a proposta de um controlador repetitivo para compensação seletiva de harmônicos dominantes, o qual foi avaliado através da implementação de um protótipo de filtro ativo em paralelo com a rede / Abstract: Considering the areas of Power Quality and Power Conditioning, this work proposes and discusses the use of a Selective Identification Methodology in order to identify the so-called ideal, as well as the disturbing, voltage and current components in a general polyphase power system. Such methodology is presented and described by means of discrete-time signal processing techniques, which allows the implementation of useful digital filters, positive sequence detectors, frequency identification algorithms, Lagrange Multipliers, etc. Special attention is directed to the implementation of such techniques in finite word length or fixed-point DSP and microprocessors. Considering the proposed selective methodology and the related digital algorithms, it is possible to discuss and suggest an alternative approach to define a promising Unified Power Theory, which could be adequate for non-sinusoidal and unbalanced waveform conditions. Moreover, the same methodology can be used to propose several compensation strategies for different power conditioning equipments, such as e.g., Active Power Filters. This work also presents a brief study concerning the required digital controllers for the experimental implementation of a shunt active filter prototype. Particularly, it has been pointed out the repetitive controller applied to the implementation of a selective harmonic current compensator. The selective compensator allows minimizing the dominant harmonic components in order to reduce the THD levels and to increase the power factor of a specific installation / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica