The awareness of electric power quality has increased over the past decade as electronic equipment has become more susceptible to power disturbances. The most disruptive power disturbances are voltage sags and momentary interruptions and their effect on adjustable speed drives (ASDs) is studied in this thesis. Several solutions have been suggested to provide only voltage sag ride-through to ASDs, but most solutions focus on ASDs with passive rectifiers since they hold the largest share of the market. This thesis focuses on ASDs with active rectifiers, which is an emerging and growing market due to the advantages of four quadrant operation and reduced harmonics offered. A solution is presented which provides an ASD with an active rectifier with the capability to ride through the most common sags in order to reduce the frequency at which the ASD trips and thereby increase its reliability. In order to provide ASDs with the capability to ride through momentary interruptions, it is necessary to interface an energy storage system to the ASD. Flywheels, ultra-capacitors and batteries are evaluated for use in an energy storage system to provide voltage sag and momentary interruption ride-through and a detailed comparison of six systems based on these technologies is presented. The interface circuit between the energy storage system and ASD has a significant influence on the performance of the energy storage system and therefore interface circuits to ASDs with passive and active rectifiers are studied. The addition of an ultra-capacitor energy storage system to an ASD with an active rectifier in order to provide ride-through of deeper sags and momentary interruptions is studied and a fuzzy logic controller is designed to enhance system performance. Initially, no communication between the ASD and the ultra-capacitor system is assumed and the ultra-capacitor system can therefore be added as a retro-fit to an existing ASD. It is, however, foreseen that the market for ASDs with ride-through capability of voltage sags and momentary interruptions will grow and the concepts for an integrated design of an ASD and an energy storage system are presented. / Graduation date: 1999

CAPES / Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um algoritmo de controle baseado em controle ótimo para um sistema de condicionamento de energia. Para o projeto do controlador, propõe-se uma nova modelagem deste sistema, onde se inclui as dinâmicas impostas pela tensão da rede no ponto de conexão. O sistema de condicionamento de energia é capaz de atuar como um controlador de qualidade de energia, fornecendo potência reativa e não-ativa, mesmo submetido a cargas lineares e/ou não-lineares desequilibradas. Além disso, este trabalho propõe uma solução para a redução da defasagem inserida pelo filtro analógico passa-baixas de segunda ordem, anti-aliasing. O sistema de condicionamento de energia faz uso de um inversor de tensão (VSI do inglês Voltage Source Inverter ) trifásico a três fios. A geração das referências de corrente é obtida através de um método recentemente proposto e baseia-se na teoria de filtragem ótima. Este algoritmo, aliado às técnicas de controle escolhidas, permite que se obtenha um compromisso satisfatório entre resposta transitória e rejeição às perturbações na geração destes sinais e controle do sistema como um todo. No final do trabalho, a técnica de controle apresentada é comparada à outras duas técnicas aplicadas a este tipo de sistema, a saber, Proporcional-Integral (PI) e Regulador Linear Quadrático com parcela integral (LQRI), de forma a verificar a eficácia do método desenvolvido. Nesta comparação, verifica-se o desempenho destes controladores e do controlador proposto de acordo com diversos critérios de desempenho: rastreamento das referências, taxa de distorção harmônica de tensão e corrente bem como robustez a variações da impedância da rede. / This work presents the development of a control system, based on optimum control theory, applied for an energy conditioner device, where it is included, on its model, the dynamics imposed by the grid voltages at the connection point. The power conditioner system acts as a quality energy controller, supplying reactive and non-active power, even under unbalance linear and non-linear loads. Moreover, the present work proposes a solution for reducing the phase deviation problem inserted by a second order low-pass filter, used for mitigating the aliasing problem, showing an instrumentation alternative to solve this problem. The energy conditioner topology uses a three-phase three-legs shunt voltage source inverter (VSI). The current reference generation is obtained from a recently proposed method, based on optimum filtering theory. This algorithm, together with the chosen control strategy, allows to obtain a satisfactory compromise between transient response and perturbation rejection on the generation of the reference signals and control of the whole system. At the end of this work, a comparison among the proposed control structure and two others controllers, namely Proportional-Integral (PI) and Linear Quadratic Regulator with Integral action (LQRI), is made in order verify the efficacy of the developed methodology. On this comparison, its presented the performance of these 3 controllers, considering several performance criteria: reference tracking, voltage and current harmonic distortion as well as robustness of the system under grid impedance changes.

CAPES / Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um algoritmo de controle baseado em controle ótimo para um sistema de condicionamento de energia. Para o projeto do controlador, propõe-se uma nova modelagem deste sistema, onde se inclui as dinâmicas impostas pela tensão da rede no ponto de conexão. O sistema de condicionamento de energia é capaz de atuar como um controlador de qualidade de energia, fornecendo potência reativa e não-ativa, mesmo submetido a cargas lineares e/ou não-lineares desequilibradas. Além disso, este trabalho propõe uma solução para a redução da defasagem inserida pelo filtro analógico passa-baixas de segunda ordem, anti-aliasing. O sistema de condicionamento de energia faz uso de um inversor de tensão (VSI do inglês Voltage Source Inverter ) trifásico a três fios. A geração das referências de corrente é obtida através de um método recentemente proposto e baseia-se na teoria de filtragem ótima. Este algoritmo, aliado às técnicas de controle escolhidas, permite que se obtenha um compromisso satisfatório entre resposta transitória e rejeição às perturbações na geração destes sinais e controle do sistema como um todo. No final do trabalho, a técnica de controle apresentada é comparada à outras duas técnicas aplicadas a este tipo de sistema, a saber, Proporcional-Integral (PI) e Regulador Linear Quadrático com parcela integral (LQRI), de forma a verificar a eficácia do método desenvolvido. Nesta comparação, verifica-se o desempenho destes controladores e do controlador proposto de acordo com diversos critérios de desempenho: rastreamento das referências, taxa de distorção harmônica de tensão e corrente bem como robustez a variações da impedância da rede. / This work presents the development of a control system, based on optimum control theory, applied for an energy conditioner device, where it is included, on its model, the dynamics imposed by the grid voltages at the connection point. The power conditioner system acts as a quality energy controller, supplying reactive and non-active power, even under unbalance linear and non-linear loads. Moreover, the present work proposes a solution for reducing the phase deviation problem inserted by a second order low-pass filter, used for mitigating the aliasing problem, showing an instrumentation alternative to solve this problem. The energy conditioner topology uses a three-phase three-legs shunt voltage source inverter (VSI). The current reference generation is obtained from a recently proposed method, based on optimum filtering theory. This algorithm, together with the chosen control strategy, allows to obtain a satisfactory compromise between transient response and perturbation rejection on the generation of the reference signals and control of the whole system. At the end of this work, a comparison among the proposed control structure and two others controllers, namely Proportional-Integral (PI) and Linear Quadratic Regulator with Integral action (LQRI), is made in order verify the efficacy of the developed methodology. On this comparison, its presented the performance of these 3 controllers, considering several performance criteria: reference tracking, voltage and current harmonic distortion as well as robustness of the system under grid impedance changes.

Esta pesquisa tem como principal objetivo apresentar uma análise do comportamento dos elementos passivos mais utilizados para compensação reativa e na composição dos filtros passivos sintonizados: os capacitores de potência. Tal análise foi focada na comparação de resultados obtidos via simulação computacional com os resultados oriundos de ensaios laboratoriais em ambiente controlado, servindo de base para estabelecer os limites de validade do modelo computacional hoje implementado em softwares comerciais de simulação de fluxo de carga e fluxo de harmônicos de uso bastante difundido no ambiente industrial. Os resultados alcançados demonstram que o modelo clássico de capacitores apresenta uma excelente precisão quando operando em condições ideais. Porém, quando operando na presença de situações adversas às ideais, o modelo demonstrou possuir limitações que serão devidamente reportadas neste documento. / This research has as aim to present a behaviors analysis of the electrical power capacitors which are used for reactive compensation and in the tuned harmonic passive filters. Such analysis was focused on the results comparison obtained via computer simulation with the results obtained in laboratory tests done in a controlled environment, providing the basis to establish the validity limits of the computational model implemented in today\'s commercial load flow and harmonic flow software simulation widespread use in industrial environments. Results show that the classical model capacitor has excellent accuracy when operating under ideal conditions. However, when operating in presence of adverse situations the classical model has demonstrated limitations that will be duly and reported in this work.

Esta pesquisa tem como principal objetivo apresentar uma análise do comportamento dos elementos passivos mais utilizados para compensação reativa e na composição dos filtros passivos sintonizados: os capacitores de potência. Tal análise foi focada na comparação de resultados obtidos via simulação computacional com os resultados oriundos de ensaios laboratoriais em ambiente controlado, servindo de base para estabelecer os limites de validade do modelo computacional hoje implementado em softwares comerciais de simulação de fluxo de carga e fluxo de harmônicos de uso bastante difundido no ambiente industrial. Os resultados alcançados demonstram que o modelo clássico de capacitores apresenta uma excelente precisão quando operando em condições ideais. Porém, quando operando na presença de situações adversas às ideais, o modelo demonstrou possuir limitações que serão devidamente reportadas neste documento. / This research has as aim to present a behaviors analysis of the electrical power capacitors which are used for reactive compensation and in the tuned harmonic passive filters. Such analysis was focused on the results comparison obtained via computer simulation with the results obtained in laboratory tests done in a controlled environment, providing the basis to establish the validity limits of the computational model implemented in today\'s commercial load flow and harmonic flow software simulation widespread use in industrial environments. Results show that the classical model capacitor has excellent accuracy when operating under ideal conditions. However, when operating in presence of adverse situations the classical model has demonstrated limitations that will be duly and reported in this work.

Os medidores de energia elétrica estão deixando de ser simples instrumentos de aplicação dedicada para se tomarem instrumentos extremamente funcionais. Desde a sua invenção, os medidores vêm sofrendo alterações de acordo com os recursos tecnológicos da época e as exigências de mercado. Atualmente, os processadores digitais de sinais têm sido amplamente empregados nesta área, permitindo a integração de uma série de funções em um único equipamento, além da implementação de algoritmos mais complexos. Estas funções geralmente incluem o cálculo de uma variedade de parâmetros elétricos, comunicação remota, integração com sistemas digitais e outras. Este trabalho apresenta um estudo e o desenvolvimento de um medidor de energia elétrica baseado no processador digital de sinais DSP56002 da Motorola. Entre as funções que são incorporadas ao medidor, destaca-se o monitoramento da qualidade da energia elétrica, visto que esta será uma tendência futura. / Electric energy meters have been changing from simple instruments for dedicated applications to very functional ones. Since their invention, the meters has changed accordingly to the technology resources and market requirements. Nowadays, the digital signal processors have been widely employed in this area, allowing a huge amount of functions to be integrated into only one instrument, besides of the implementation of more complex algorithms. Such functions usually include evaluation of many electrical parameters, remote communication, connection to digital systems and others. This work is about a study and a development of an electric energy meter based on the digital signal processor DSP56002 by Motorola. Among the functions that are incorporated to the meter, it points out the monitoring of electric power quality, once it will be a future trend.

Os medidores de energia elétrica estão deixando de ser simples instrumentos de aplicação dedicada para se tomarem instrumentos extremamente funcionais. Desde a sua invenção, os medidores vêm sofrendo alterações de acordo com os recursos tecnológicos da época e as exigências de mercado. Atualmente, os processadores digitais de sinais têm sido amplamente empregados nesta área, permitindo a integração de uma série de funções em um único equipamento, além da implementação de algoritmos mais complexos. Estas funções geralmente incluem o cálculo de uma variedade de parâmetros elétricos, comunicação remota, integração com sistemas digitais e outras. Este trabalho apresenta um estudo e o desenvolvimento de um medidor de energia elétrica baseado no processador digital de sinais DSP56002 da Motorola. Entre as funções que são incorporadas ao medidor, destaca-se o monitoramento da qualidade da energia elétrica, visto que esta será uma tendência futura. / Electric energy meters have been changing from simple instruments for dedicated applications to very functional ones. Since their invention, the meters has changed accordingly to the technology resources and market requirements. Nowadays, the digital signal processors have been widely employed in this area, allowing a huge amount of functions to be integrated into only one instrument, besides of the implementation of more complex algorithms. Such functions usually include evaluation of many electrical parameters, remote communication, connection to digital systems and others. This work is about a study and a development of an electric energy meter based on the digital signal processor DSP56002 by Motorola. Among the functions that are incorporated to the meter, it points out the monitoring of electric power quality, once it will be a future trend.

In this thesis / Electromagnetic Compatibility (EMC) of Electric Power Quality Monitor developed within the scope of National Power Quality Project has been investigated according to EN 61326 standard. Both immunity and emission tests have been carried out in EMC laboratories of ELDAS and ASELSAN for the device under test. Necessary counter measures such as using electromagnetic interference (EMI) filters and transient voltage suppressors, shielding the case of device with EMI protective materials have been taken to satisfy the immunity and emission limits defined in the standard for the device, and their success have been verified by laboratory tests. This research work has been fully supported by Public Research Grant Committee (KAMAG) of T&Uuml / B&amp / #272 / TAK within the scope of National Power Quality Project (105G129).

Submitted by Wallace Gabriel de Souza (wgs.gabriel@hotmail.com) on 2018-07-16T16:35:11Z No. of bitstreams: 1 dissertacao_wgs.pdf: 3537876 bytes, checksum: 56fef2d280007dba43983b71988d997b (MD5) / Approved for entry into archive by Maria Marlene Zaniboni null (zaniboni@bauru.unesp.br) on 2018-07-17T13:07:06Z (GMT) No. of bitstreams: 1 souza_wg_me_bauru.pdf: 3537876 bytes, checksum: 56fef2d280007dba43983b71988d997b (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-17T13:07:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 souza_wg_me_bauru.pdf: 3537876 bytes, checksum: 56fef2d280007dba43983b71988d997b (MD5) Previous issue date: 2018-05-18 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Esta dissertação apresenta o desenvolvimento e as simulações computacionais de um inversor fotovoltaico de 2,0 kVA para o controle da potência reativa na rede de distribuição, de modo que haja compensação ativa do fator de potência e aumento da qualidade da energia no local da instalação da planta. Para atingir este objetivo, por meio do ambiente de desenvolvimento do MATLAB/Simulink®, o controle da potência ativa foi realizado pelo ajuste do ângulo entre a tensão da rede e a tensão gerada pelo inversor, por meio do equilíbrio do potencial do barramento CC (proveniente do gerador fotovoltaico). A potência reativa, por sua vez, foi ajustada pela amplitude da tensão do ponto de acoplamento de uma carga local. Além disto, utilizaram-se controladores proporcionais-ressonantes nas malhas de tensão e corrente do conversor trifásico, com finalidade de mitigar as correntes harmônicas de cargas não-lineares que podem depreciar o fator de potência. Foi implementado, também, um conversor CC-CC isolado full-bridge do tipo boost com potência nominal de 1,8 kW, responsável por rastrear o ponto de máxima potência dos módulos fotovoltaicos. Os resultados obtidos permitiram a avaliação do desempenho dos controladores e a observação da conservação, pelo inversor, do fator de potência da rede próximo da unidade para situações com variações acentuadas da carga e da irradiação solar, bem como para os casos com a presença de cargas não-lineares no sistema. Com isso, o perfil de tensão entregue à carga é aproximadamente senoidal, com baixa distorção harmônica. / This dissertation presents the development and computational simulations of a 2.0 kVA photovoltaic inverter for the control of the reactive power in the distribution network, so that there is active power factor compensation and an increase in the quality of the energy at the installation site plant. In order to reach this objective, the MATLAB/Simulink® development environment was used to control the active power by adjusting the angle between the grid voltage and the voltage generated by the inverter, by means of the potential balance of the DC (from the photovoltaic generator). The reactive power, in turn, was adjusted by the amplitude of the voltage of the coupling point of a local load. In addition, resonant-proportional controllers were used in the voltage and current loops of the three-phase converter, in order to mitigate the harmonic currents of non-linear loads that may depreciate the power factor. A full-bridge, full-bridge boost converter with nominal power of 1.8 kW was also implemented, responsible for tracking the maximum power point of the photovoltaic modules. The results obtained allowed the evaluation of the performance of the controllers and the observation of the conservation by the inverter of the power factor of the network close to the unit for situations with marked variations of the load and the solar irradiation, as well as for the cases with the presence of loads in the system. Thus, the voltage profile delivered to the load is approximately sinusoidal, with low harmonic distortion. / 2016/03734-3

Os Sistemas de Armazenamento a Baterias (SAEB) têm demonstrado uma grande flexibilidade de aplicações em melhorias e resoluções de problemas em Sistemas de Distribuição de Energia Elétrica (SDEEs). Grandes variações no valor de tensão dentro de um período, seja diário ou semanal, são observados devido à predominante topologia radial dos SDEEs e o constante aumento da utilização de Geradores Distribuídos (GDs). Pelas características de operar como carga ou geração, os SAEBs podem ser utilizados para melhorar o perfil de tensão. No entanto, as restrições de operação desses dispositivos tornam dificultoso identificar bons momentos de atuação e barramentos de alocação para este propósito. Geralmente, essa atuação é tratada de uma forma dependente dos GDs, porém essa abordagem não permite que os SAEBs possam operar em momentos independentes a fim de melhorar o perfil de tensão do SDEE. Desta forma, neste trabalho é desenvolvida uma abordagem para o planejamento da alocação e atuação do SAEB, utilizando uma modificação no algoritmo Particle Swarm Optimization (PSO) de forma que o SAEB possa atuar independente dos GDs e ser alocado em outras barras, com o objetivo de melhorar o perfil de tensão. As soluções são analisadas através de simulações de Monte Carlo para investigar o comportamento em diversas situações de curva de carga. Os resultados demonstram que a abordagem proposta busca encontrar boas alocações e atuações e que os parâmetros técnicos dos SAEBs, como capacidade de energia armazenada e potência nominal do inversor, influenciam diretamente nos resultados. / Battery Energy Storage Systems (BESS) have demonstrated great flexibility of applications in improvements and problem-solving in Electrical Distribution Systems (DSs). Significant variations in the nominal voltage value within a period, either daily or weekly, are observed due to the predominant radial topology of the DSs and the constant increase of the use of Distributed Generators (DGs). By the characteristics of operating as load or generation, SAEBs can be used to improve the voltage profile. However, the restrictions of these devices make it difficult to identify good operating moments and allocation buses for this purpose. Generally, this operation is treated in a way dependent on the DGs, but this strategy does not allow the BESS to operate at independent moments to improve the voltage profile of the SDEE. Thus, in this work an approach is developed for SAEBs allocation and operation planning, using a modification in the Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm so that the SAEB can operate independently of the GDs and be allocated in other bars, with the objective to improve the voltage profile. The solutions are analyzed through Monte Carlo simulations to investigate the behavior in various load curve situations. The results demonstrate that the proposed approach seeks to find proper allocations and actions and that the technical parameters of SAEBs directly influence the results.