Thèse (M.Eng.) -- Université du Québec à Chicoutimi, 2007. / La p. de t. porte en outre: Mémoire présenté comme exigence partielle de la maîtrise en ingénierie. CaQCU Bibliogr.: f. [121]-124. Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Este trabalho apresenta o estudo, projeto e implementação de quatro estratégias de controle de corrente de compensação para uma topologia monofásica de Filtro Ativo de Potência Paralelo (FAPP), sendo estas denominadas, controlador PI Clássico no eixo de coordenadas ( ), controlador PI Clássico no eixo de coordenadas ( – ), Controlador PI Ressonante no eixo de coordenadas ( ) e Controlador PI Ressonante no eixo de coordenadas ( ). A tensão no barramento CC é controlada por um controlador PI clássico. O FAPP é composto por um inversor full-bridge conectado a rede elétrica, o qual opera de modo a fornecer à rede elétrica uma corrente de compensação, com a mesma amplitude e em fase oposta à corrente harmônica da carga. O algoritmo baseado no sistema de eixos de referência síncrona (algoritmo ) é utilizado para obtenção da corrente de referência de compensação. Análises matemáticas são realizadas de forma a obter o modelo que representa o sistema físico do FAPP. Além disso, é apresentada uma metodologia de projeto para a obtenção dos ganhos dos controladores PI das malhas de corrente e de tensão do barramento CC. É também apresentada à metodologia para sintonia das parcelas ressoantes dos controlador e . Resultados de simulação e experimentais são apresentados de forma a validar o desenvolvimento teórico realizado e comparar o desempenho do FAPP, quando submetido às estratégias de controle propostas. / This work presents the study, design and implementation of three control strategies for compensating current in a single-phase Shunt Active Power Filter (SAPF), such as the conventional PI controller based on reference frame ( ), conventional PI controller based on reference frame ( ), PI plus resonant controller based on reference frame ( ) and PI plus resonant controller based on reference frame ( ). The DC bus voltage is controlled by using a linear PI controller. The SAPF consists of a full-bridge inverter connected to the grid. The main function of the shunt SAPF is to provide to the utility grid an adequate compensation current, containing the same amplitude and opposite phase of the load current harmonics. The algorithm used for obtaining the reference compensation current is based on the synchronous reference frame (SRF algorithm). Mathematical analyzes are developed in order to obtain the mathematical model which represents the SAPF physical system. In addition, it is presented a design methodology employed for obtaining the gains of the PI controllers used in both the compensation current and the DC-bus voltage loops. It is also presented methodology for tuning the resonant controllers. Simulation and experimental results are presented to validate the theoretical development and compare the performance of FAPP when submitted to the proposed control strategies.

Thesis (PhD)--Macquarie University, Faculty of Science, Dept. of Physics & Engineering, 2008. / "March, 2009". Bibliography: p. 145-158.

Thesis (M.S.) -- Mississippi State University. Department of Electrical and Computer Engineering. / Title from title screen. Includes bibliographical references.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento e adaptação de técnicas para minimizar os efeitos das variações de carga e de frequência da rede em controladores repetitivos aplicados a filtros ativos de potencia. Para minimizar os efeitos provenientes de sinais aperiódicos decorrentes da conexão ou desconexão de cargas não lineares é elaborada uma técnica que diferencia cargas lineares de não lineares. Esta técnica opera de forma a só reinicializar o controlador quando o erro devido ao transitório for de valor considerável ou quando ocorrer a transição de carga não linear para linear. Também é desenvolvido um algoritmo de adaptação do ganho do controlador repetitivo baseado em uma função de adaptação sigmóide, com intuito de minimizar os efeitos provocados por ruído aleatório no sistema de medição. Na sequência, são analisados os efeitos da variação de frequência e apresentados os principais métodos de compensação deste problema. Entre as soluções apresentadas, encontra-se o método da alteração do número de amostras por período e o método da variação da taxa de amostragem. O primeiro possui a vantagem de utilizar técnicas de projeto lineares e invariantes no tempo. Já o segundo método, por variar a frequência de amostragem, deve ser analisado sob um aspecto de sistema variante no tempo, o que acarreta em maior complexidade na prova de estabilidade. Os algoritmos de reinicialização e adaptação do ganho do controlador repetitivo são analisados sob variação da frequência da rede. Para a compensação da variação da rede, utiliza-se o método do truncamento do número de amostras e o da variação da taxa de amostragem. Por fim, para validar os algoritmos desenvolvidos s˜ao realizados testes em uma plataforma experimental. / This work presents the development and modification of techniques to reduce the effects of load variation and mains frequency deviation in repetitive controllers applied to active power filters. To minimize the effects of aperiodic signals resulting from the connection or disconnection of non-linear loads is developed a technique which recognizes linear and nonlinear loads, and operates to reset the controller only when the error due to the transition of considerable value, and the transition is from non-linear to linear load. An algorithm to adapt the gain of the repetitive controller, based on a sigmoid function adaptation, in order to minimize the effects caused by random noise in the measurement system is also used. This work also analyzes the effects of frequency variation and presents the main methods to cope with this situation. Some solutions are the change in the number of samples per period and the variation of the sampling rate. The first has the advantage of using linear design techniques and results in a time invariant system. The second method changes the sampling frequency and leads to a time variant system that demands a difficult analysis of stability. The proposed algorithms were tested using the methods of truncation of the number of samples and the method of changing the sampling rate of the system to compensate possible frequency variations of the grid. Experimental results are presented to validate the proposal.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento e a implementação de um filtro ativo trifásico universal, o qual é composto pela conexão de três módulos monofásicos. Cada módulo monofásico é independente e é controlado por um processador digital de sinais. A estrutura de potência utilizada em cada módulo é uma topologia de três braços em que dois conversores compartilham um braço, de forma que o circuito apresenta número de componentes de potência reduzido na versão monofásica e pode operar sem o uso de um transformador. O filtro ativo proposto é capaz de compensar a distorção harmônica e regular o nível da tensão entregue para a carga. Ele também compensa a corrente da carga conectada na saída do filtro, corrigindo seu conteúdo harmônico e fator de potência. Apresenta-se uma revisão bibliográfica sobre alguns assuntos referentes à qualidade de energia elétrica, como os conceitos de distorção harmônica, seus efeitos e as normas pertinentes. Em seguida, as principais topologias de filtros ativos são apresentadas. Três módulos monofásicos, de 1500 W cada, são implementados e o funcionamento da estrutura de três braços, bem como os principais parâmetros do circuito de potência são analisados. Um algoritmo PLL (Phase Locked Loop) digital é empregado para o sincronismo de cada módulo. Controladores repetitivos são utilizados para o controle da tensão e da corrente. Os detalhes da estratégia de controle, bem como o projeto do circuito de sincronismo e dos controladores digitais são apresentados. Os resultados teóricos obtidos são comprovados através da simulação e da experimentação do protótipo implementado. A utilização do filtro ativo possibilitou a redução do conteúdo harmônico das cargas utilizadas nos testes, bem como elevou o fator de potência e corrigiu a distorção e o nível da tensão entregue para a carga. / This paper presents the development and implementation of a three-phase universal active filter consisting of three single-phase modules. Each single-phase module is independent and is controlled by a digital signal processor. The power structure used in each module is a three-arm topology in which two converts share one arm, so that the circuit has a reduced count of components and can operate without using a transformer. The proposed active filter can compensate harmonic distortion and adjust the voltage level delivered to the load. It also compensates the load current connected to the filter output, correcting its harmonic content and power factor. It presents a literature review on some issues related to power quality, as the concepts of harmonic distortion, its effects and relevant standards. Then the principal topologies used in active filters are presented. Three single-phase modules, each one of 1500 W, are implemented and the operation principles of the three-arms structure and the main parameters of the power circuit are analyzed. A digital PLL (Phase Locked Loop) is employed to synchronize each module. Repetitive controllers are used to control the voltage and current. Details of the control strategy and circuit design of the synchronism and digital controllers are presented. The results are verified through simulation and experimentation of the implemented prototype. Using the active filter was possible to reduce the harmonic content of the loads used in the experimental tests as well as increasing the power factor and to correct the distortion and voltage level supplied to the load.

"March, 2009". / Thesis (PhD)--Macquarie University, Faculty of Science, Dept. of Physics & Engineering, 2008. / Bibliography: p. 145-158. / Introduction -- Frequency selective surfaces -- Absorb/transmit frequency selective surface absorber -- Switchable frequency selective surface for wireless applications -- Energy-saving glass characterisation -- Frequency selective surface solution for energy-saving glass -- Conclusion. / This thesis presents three topics related to frequency selective surfaces (FSSs), namely bsorb/transmit FSSs, active FSSs and passive bandpass FSSs for energy-saving glass used in modern buildings. These three FSSs are unique in their design and functionalities. The absorb/transmit FSS is a novel dual-layer frequency selective surface for 5 GHz WLAN applications. This FSS can stop propagation of specific bands by absorbing as opposed to re ecting, while passing other useful signals. This is in contrast to the conventional Salisbury and Jaumann absorbers, which provide good absorption in the desired band while the out-of-band frequencies are attenuated. The second topic is a single-layer bandpass active FSS that can be switched between ON and OFF states to control the transmission in 2.45 GHz WLAN applications. Previously, researchers have focused on the bandstop and dual-layer versions of the active FSS. This is in contrast to the design presented in this thesis which is single-layer and provides extra advantage in a practical WLAN environment. Also the dc biasing techniques that were used for the active FSS design are easier to implement and provide good frequency stability for different angles of incidence and polarisations in both ON and OFF states. The last topic is on the use of a bandpass FSS in energy-saving glass panels used in building design. The manufacturers of these glass panels apply a very thin metal-oxide coating on one side of the glass panels to provide extra infrared (heat) attenuation. However, due to the presence of the coating, these energy-saving glass panels also attenuate communication signals such as GSM 900, GSM 1800/1900, UMTS and 3G mobile signals etc. This creates a major communication problem when buildings are constructed with windows of this glass. In this thesis, a solution to this problem is presented by designing and etching a cross-dipole bandpass FSS on the coated side of the glass to pass the useful signals while keeping infrared attenuation at an acceptable level. One of the advantages of this FSS design is that measured material values of the metal-oxide coating are used for simulations, which have not been done previously. / Mode of access: World Wide Web. / 166 p. ill. (some col.)

A presença de cargas não-lineares em um ponto do sistema de distribuição pode deformar a forma de onda de tensão devido ao consumo de correntes não senoidais. O uso de filtros ativos de potência permite uma redução significativa do conteúdo harmônico da corrente de alimentação. Entretanto, as estruturas digitais de controle para estes filtros, particularmente o cálculo das correntes de referência, pode necessitar de processamento de alto desempenho. Neste trabalho se propõe o desenvolvimento de estruturas de controle com alto desempenho de processamento, para aplicação em filtros ativos de potência. Neste sentido, é considerada uma arquitetura que permite processamento paralelo utilizando dispositivos lógicos programáveis. A estrutura desenvolvida utiliza um modelo híbrido com um DSP e uma FPGA. O DSP é utilizado para aquisição de sinais de tensão e corrente, controladores adicionais relacionados a fundamental e acionamento PWM. A FPGA é utilizada para o processamento intensivo do sinal de compensação de harmônicas. Desta forma, através da análise experimental são obtidas reduções significativas nos tempos de processamento comparadas as abordagens tradicionais utilizando somente DSP. Os resultados experimentais validam a estrutura projetada e são comparados com outras arquiteturas relatadas na literatura. / The presence of non-linear loads at a point in the distribution system may deform voltage waveform due to the consumption of non-sinusoidal currents. The use of active power filters allows significant reduction of the harmonic content in the supply current. However, the processing of digital control structures for these filters may require high performance hardware, particularly for reference currents calculation. This work describes the development of hardware structures with high processing capability for application in active power filters. In this sense, it considers an architecture that allows parallel processing using programmable logic devices. The developed structure uses a hybrid model using a DSP and an FPGA. The DSP is used for the acquisition of current and voltage signals, calculation of fundamental current related controllers and PWM generation. The FPGA is used for intensive signal processing, such as the harmonic compensators. In this way, from the experimental analysis, significant reductions of the processing time are achieved when compared to traditional approaches using only DSP. The experimental results validate the designed structure and these results are compared with other ones from architectures reported in the literature.

A presença de cargas não-lineares em um ponto do sistema de distribuição pode deformar a forma de onda de tensão devido ao consumo de correntes não senoidais. O uso de filtros ativos de potência permite uma redução significativa do conteúdo harmônico da corrente de alimentação. Entretanto, as estruturas digitais de controle para estes filtros, particularmente o cálculo das correntes de referência, pode necessitar de processamento de alto desempenho. Neste trabalho se propõe o desenvolvimento de estruturas de controle com alto desempenho de processamento, para aplicação em filtros ativos de potência. Neste sentido, é considerada uma arquitetura que permite processamento paralelo utilizando dispositivos lógicos programáveis. A estrutura desenvolvida utiliza um modelo híbrido com um DSP e uma FPGA. O DSP é utilizado para aquisição de sinais de tensão e corrente, controladores adicionais relacionados a fundamental e acionamento PWM. A FPGA é utilizada para o processamento intensivo do sinal de compensação de harmônicas. Desta forma, através da análise experimental são obtidas reduções significativas nos tempos de processamento comparadas as abordagens tradicionais utilizando somente DSP. Os resultados experimentais validam a estrutura projetada e são comparados com outras arquiteturas relatadas na literatura. / The presence of non-linear loads at a point in the distribution system may deform voltage waveform due to the consumption of non-sinusoidal currents. The use of active power filters allows significant reduction of the harmonic content in the supply current. However, the processing of digital control structures for these filters may require high performance hardware, particularly for reference currents calculation. This work describes the development of hardware structures with high processing capability for application in active power filters. In this sense, it considers an architecture that allows parallel processing using programmable logic devices. The developed structure uses a hybrid model using a DSP and an FPGA. The DSP is used for the acquisition of current and voltage signals, calculation of fundamental current related controllers and PWM generation. The FPGA is used for intensive signal processing, such as the harmonic compensators. In this way, from the experimental analysis, significant reductions of the processing time are achieved when compared to traditional approaches using only DSP. The experimental results validate the designed structure and these results are compared with other ones from architectures reported in the literature.

Orientador: Ernesto Ruppert Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-04T17:39:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Villalva_MarceloGradella_M.pdf: 5074196 bytes, checksum: 39f4e09d9f1f624c909a5ee7f2d3fa4d (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: o tema da qualidade de energia elétrica adquiriu grande importância em anos recentes. O número crescente de cargas baseadas em conversores eletrônicos criou a preocupação com a distorção harmônica em sistemas de energia elétrica. Qualidade de energia é um assunto importante tanto para as companhias distribuidoras e geradoras de energia elétrica como para os consumidores. A poluição harmônica pode causar sérios problemas às companhias e aos consumidores. Alguns dos possíveis problemas são a instabilidade na operação do sistema, distorções de tensão, perdas de energia, interferência eletromagnética e ressonâncias perigosas. A utilização de equipamentos para eliminação de harmônicos tornou-se necessária e são versas as soluções possíveis. Tradicionalmente se utilizam Itros passivos do tipo série ou paralelo. Esses Itros resentam como desvantagem suas grandes dimensões, seu custo elevado, elevadas perdas de energia, pouca e cácia, dependendência da interação com parâmetros do sistema e risco de introdução de novas freqüências de ressonância. O desenvolvimento recente da eletrônica de potência e do processamento digital de sinais tornou possível a utilização de Itros ativos de potência, que são condicionadores eletrônicos de energia. Filtros ativos de potência podem ser utilizados para realizar a Itragem de harmônicos em sistemas elétricos, sem os problemas apresentados pelos dispositivos passivos. Filtros ativos série são utilizados para eliminar distorções de tensão e Itros ativos paralelos são usados para eliminar correntes harmônicas originadas por carga não lineares. Esses últimos podem ainda ser usados para corrigir o fator de potência e para equilibrar as correntes de linha em sistemas desbalanceados com quatro os. Este trabalho estuda a aplicação de Itros ativos paralelos a sistemas trifásicos com quatro os. São estudados teorias de potências, métodos de compensação de harmônicos e sistemas de controle. A principal contribuição do trabalho está no emprego de um método seletivo de compensação de correntes baseado em redes neurais adaptativas, além do estudo do emprego de redes neurais no controle de correntes. Esses e outros assuntos foram experimentalmente comprovados com um protótipo de Itro ativo construí do em laboratório / Abstract: Electricity power quality has gained increased importance in the past few years. The growing number of power electronicsbased loads has created a preoccupation about harrnonic distortion in electric systems. Electricity power quality is an important issue both for energy utilities and consumers. Harrnonic poIlution may cause severe problems to electricity utilities and consumer networks such as system instability, voltage distortions, power losses, electromagnetic interference and harrnful resonances. The use ofharrnonic ltering equipment has become necessary and many solutions have been studied. Traditional passive devices such as tuned shunt lters and series reactors present disadvantages such as bulky sizes, high costs, increased losses, smaIl effectiveness, dependence on the parameters of the electric system and yet more risk of resonance with other elements of the network. Recent deve10pments in the major of power electronics and digital processing have made possible the pplication of electronic power conditioners such as series and shunt active lters. Active power lters may be used to overcome the drawbacks of passive devices. Series active power lters are used to reduce voltage distortions of electric systems. Shunt active power lters are used to mitigate harrnonic currents originated by nonlinear loads. The latter may be also used for increasing power factor and for balancing line currents in four-wire systems with unbalanced loads. This work is concerned with the application of shunt active power lters to three-phase four-wire electric systems. Power theories, compensation methods and control systems are discussed. The application of a se1ective compensation method based on adaptive neural networks and the employment of a neural network in the current controlIer are the main contributions of this work. These and other subjects were experimentalIy tested with a prototype of an active. power lter built in laboratory / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica