Submitted by camilla martins (camillasmmartins@gmail.com) on 2017-04-27T13:05:18Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_AnaliseTeoricaFiltros.pdf: 4789588 bytes, checksum: 8e8c2066525cc43ae730dd29a6cdff9d (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-05-04T12:38:55Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_AnaliseTeoricaFiltros.pdf: 4789588 bytes, checksum: 8e8c2066525cc43ae730dd29a6cdff9d (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-04T12:38:55Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_AnaliseTeoricaFiltros.pdf: 4789588 bytes, checksum: 8e8c2066525cc43ae730dd29a6cdff9d (MD5) Previous issue date: 2016-11-25 / Este trabalho apresenta simulações de filtros rejeita-faixa de micro-ondas utilizando estruturas Electromagnetic Bandgap (EBG). Na estrutura de filtro são feitos furos no plano terra e posteriormente esses furos terão o seu diâmetro alterado visando melhorar a qualidade da banda de rejeição e a obtenção de duas bandas de rejeição. Em comparação com filtros convencionais, filtros com estruturas EBG tem melhores características de banda de rejeição na faixa de micro-ondas As referidas simulações foram feitas com o software comercial ANSYS HFSS. Uma estrutura de filtro utilizando guias de ondas fotônicos também é modelada e simulada utilizando o software comercial Comsol. Os efeitos dos parâmetros físicos da estrutura em relação as característica de filtragem são estudados em ambos os filtros. Os resultados do procedimento de criação e de simulação são descritos e possíveis aplicações dessas estruturas de filtro são discutidas neste trabalho. A faixa de rejeição particularmente ampla é alcançada pelos circuitos apresentados neste trabalho bem como duas bandas de rejeição. / This paper presents simulations of a band-stop filter using microwave Electromagnetic Bandgap structures (EBG). In the filter structure are made holes in the ground plane and these holes will subsequently changed its diameter to improve the rejection band of the quality and obtaining two rejection bands. Compared with conventional filters, filters with EBG structures have better rejection bandwidth characteristics in the microwave band. These simulations were performed with commercial software ANSYS HFSS. A filter structure using photonic waveguides is also modeled and simulated using commercial software Comsol. The effects of the physical parameters of the structure in relation to the filter characteristic are studied in both filters. The results of the creation and simulation procedure are described and possible applications of these filter structures are discussed in this paper. The particularly wide stopband is achieved by the circuits presented in this paper as well as two rejection bands.

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.

O projeto de filtros digitais do tipo IIR é um problema clássico da engenharia. Filtros digitais possuem diversas aplicações, e muitas variantes de comportamento. Existem vários métodos especialistas consagrados na literatura, cada um com suas peculiaridades e adequações a diferentes casos. Porém, a maior parte destes métodos não é flexível, impedindo a especificação de todos os parâmetros importantes de um filtro, pois alguns desses são um sub-produto do processo de cálculo. Por isso, este problema também é atacado na literatura através de técnicas de computação evolucionária. Diversos estudos foram encontrados com esta abordagem, mas em quase todos, o enfoque era dado no algoritmo evolucionário em vez de no filtro, utilizando este apenas como uma função de \emph{benchmark}. Além disso, a estabilidade do filtro - condição imprescindível para a utilização do mesmo - é desprezada em quase todos os trabalhos. Portanto, este trabalho propõe uma função de \emph{fitness} e uma nova codificação para este problema, de forma a possibilitar a obtenção de bons filtros, dentro das especificações, com algoritmos de Computação Evolucionária na forma canônica, isto é, sem modificações estruturais. A função de \emph{fitness} proposta busca corrigir distorções causadas pela função tradicional, que não leva em conta a obediência às especificações do filtro. A codificação mapeia o espaço de busca apenas para as soluções estáveis, sem excluir nenhuma solução válida nesta transformação. Além disso, um pós-processamento permite equalizar a resposta em fase do filtro, isto é, tornar o atraso de fase na banda de passagem linear, condição necessária para a utilização em diversos sistemas, especialmente os de telecomunicações. O desempenho das modificações é comparado com as abordagens clássicas utilizadas na literatura, e o conjunto escolhido como o mais eficiente é utilizado para comparar os dois algoritmos mais utilizados em Computação Evolucionária, o PSO e o AG. Após esse passo, experimentos extensivos de ajuste de parâmetros foram realizados, para que a versão final fosse comparada com o método especialista mais poderoso, que é o cálculo de filtros elípticos. Os resultados mostraram que o conjunto de modificações proposto fez com que excelentes filtros fossem obtidos, com uma taxa de obediência às especificações muito superior à obtida sem o mesmo. Comparando com o método especialista, o desempenho foi semelhante, com pontos a favor e contra cada um, mostrando que o projeto de filtros IIR através de Computação Evolucionária pode ser utilizado em sistemas reais. Em trabalhos futuros poderão ser estudadas novas modificações na funçao de \emph{fitness}, além do desempenho obtido com outros algoritmos evolucionários. A utilização em sistemas \emph{online} é uma aplicação promissora, e o comportamento deste método com especificações não-estacionárias, oriundas de informações de estimação de canal também deve ser investigado. / IIR digital filter design is classic problem in Electrical Engineering. Digital filter have many applications, and dozens of different behaviors. There are many specialist methods in literature, each with specific differences and characteristics. But most of these methods are not flexible, preventing one from fixing all parameters, because some of them are a sub-product of the calculation process. Therefore, this problem is also solved in literature with Evolutionary Computing techniques. Several works were found with this approach, but in almost all, the focus was in the evolutionary algorithm rather than on the filter problem, using this only as a benchmark function. Moreover, the filter stability - prerequisite for the filter application - is neglected in almost all of them. So, this work proposes a new fitness function, as well as a new codification, in order to obtain good filters, obedient to the specifications, with Evolutionary Computing algorithms in the canonic form, this is, without structural modifications. The proposed fitness function tries to correct distortions caused by the traditional one, which does not takes into account the filter gain specifications. The new coding maps the search space only to the stable solutions, not excluding any valid solution in the transformation. Moreover, a post-processing allows the filter phase equalization, this is, to make the pass band phase delay linear. This property is necessary in many types of applications, specially the telecommunication ones. The modifications performance is compared to the classic approaches found in the literature, and the most efficient set is use to compare the two most used Evolutionary Computing algorithms, GA and PSO. After this, extensive parameter tuning experiments were made, producing a final version of the method to compare with the specialist one. The chosen specialist method was the Elliptic filter, because the filter response has similarities with the one found by the proposed algorithm, and also because it is the most powerful one. Results showed excellent filters found with the proposed modifications, with a specification obedience rate well above the ones obtained with the classical approaches. Comparing with the specialist method, a similar performance was achieved, showing that IIR filter design with Evolutionary Computing can be used in real systems. Future work will address new modifications in the fitness function, and the performance of different EC algorithms in this problem. The application in online systems is promising, so the behavior of this approach with non-stationary specifications coming from channel estimation techniques should also be investigated.

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.

CAPES; CNPq; Fundação Araucária / A operação de unidades de geração distribuída (UGDs) é um assunto relativamente novo no cenário energético brasileiro. A conexão destas unidades à rede, bem como sua desconexão vêm sendo abordadas em pesquisas recentes em todo o mundo. É necessário que a energia elétrica entregue à rede e à carga tenha certos níveis de qualidade para que o consumidor seja devidamente atendido até mesmo em situações de contingência. Outro cuidado necessário é com relação aos sistemas de controle envolvidos, para que operem sem degradar a qualidade de energia. Neste sentido, este trabalho propõe a análise da estabilidade e da qualidade de energia no ponto de conexão de uma unidade de geração distribuída à rede e a carga ou apenas à carga, sendo ambas situações através de filtro LCL (indutivo-capacitivo-indutivo). Este tipo de filtro possui uma impedância caracterizada por um pico de ressonância próximo a sua frequência de corte. É necessário que este pico seja amortecido para que o sistema não seja levado à instabilidade. Nesta dissertação são propostos alguns casos para análise. Estes casos se diferem pela variável controlada, pela forma de operação do sistema e pela técnica não amortecimento utilizada. No caso do inversor conectado à rede e à carga, são analisados os casos em que a corrente do primeiro ou do segundo indutor de filtro é a variável controlada. Já para o caso em que o inversor está apenas alimentando a carga local, a variável controlada é a tensão no capacitor do filtro LCL. Todos estes casos são avaliados operando sem amortecimento nenhum da ressonância, com amortecimento passivo ou com amortecimento ativo. Além disso, para estes cenários há ainda a variação nos parâmetros da carga RL(resistiva-indutiva) a fim de verificar qual é a influência da variação da carga na estabilidade do sistema e na qualidade de energia no ponto de conexão. As análises de estabilidade são realizadas através de diagramas de Bode e mapas de polos e zeros do sistema. A análise da qualidade da energia realiza-se por meio de resultados experimentais obtidos em uma bancada experimental. Verifica-se através dos resultados que em termos de qualidade de energia não existem alterações significativas controlando-se diferentes variáveis no modo conectado. Além disso, constata-se também que outros fatores, além da variável controlada, do tipo de técnica utilizada para amortecimento e da frequência crítica influenciam na instabilidade ou não do sistema devido à ressonância. Através das análises, observa-se também que um controlador PI (proporcional-integral) bem ajustado pode oferecer robustez ao sistema frente às variações de parâmetros da carga e consequentes variações nas variáveis controladas. Nota-se também que para o caso ilhado, as DHTi e DHTv (Distorções Harmônicas Totais de Corrente e de Tensão) são baixas, fornecendo energia com boa qualidade para a carga local alimentada pelo sistema. / The operation of distributed generation units (DGUs) is a relatively recent issue in the Brazilian energetic scenario. The connection of these units to the grid, as their disconnection are being approached in recent researches worldwide. It is necessary that the electrial power delivered to the grid and to the power has some levels of quality so the consumer may be well attended even in contingence situations. Another necessary caution is related to the control systems involved, so they operate without degrade the power quality. At this point, this work proposes the stability and power quality analysis in the point connection of a distributed generation unit to the grid and to the load or just to the load, both situations through LCL (inductive-capacitive-inductive) filter. This kind of filter has an impedance that is characterized by resonance peak near to its cut-off frequency. It is necessary to damp this peak in order that the sytem is not lead to instability. In this Master Thesis, some cases are proposed to be analyzed. These cases differ one from another because of the controlled variable, by the kind of operation of the system and by the damping technique that is used. In the case of the grid and load-tied inverter, the analyzed cases are those in which the first or second filter inductor current is the controlled variable. For the case in which the inverter is just feeding the local load, the controlled variable is the LCL filter capacitor voltage. All of these cases are evaluated by operating with none resonace damping, passive damping or active damping. Beyond this, for these scenarios, there is the parameters variation of the RL (resistive-inductive) load in order to check which is the influence of the load variations in the system stability and in the power quality at the connection point. The stability analysis are performed through Bode diagrams and pole-zero maps of the system. The power quality analysis is carried out by means of experimental results obtained in an experimental bench. It is verified through the results that in terms of power quality, there is not significantly changes by controlling different variables in the grid-tied mode. Furthermore, other factors, beyond the controlled variable, the kind of damping technique and the criticak frequency influence in the instability of the system due to the resonance. Through the analysis, it is oberserved that a well-adjusted PI (proporcional-integral) controller may offer robustness to the system under load parameter variations and consquent controlled variable variations. It is also noted that for the stand-alone case, the THDi and the THDv (Total Harmonic Distortions of Current and Voltage) are low, providing good power to the local load fed by the system.

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

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

Orientador: José Antenor Pomilio / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-19T12:15:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tavares_PauloHenrique_M.pdf: 5510911 bytes, checksum: 940c63e44cced59574e4dc9dcf86175e (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Este trabalho tem como principal objetivo utilizar diversos recursos de engenharia, para se avaliar a qualidade da energia de uma instalação elétrica, utilizando ferramentas de software para a expansão de uma planta industrial, avaliando-se as consequências da compensação de reativos e mitigação harmônica considerando-se a instalação de cargas não lineares. A dissertação foi dividida em tópicos, considerando a revisão de alguns conceitos de qualidade da energia elétrica, em especial as distorções harmônicas, sua interpretação, características, impactos sobre o sistema de potência, limites dos equipamentos elétricos às distorções, modelagem das cargas, tipos de filtros harmônicos, e a mitigação das perturbações harmônicas para atendimento às normas técnicas nacionais e internacionais. Também é abordada neste trabalho a expansão de uma instalação industrial considerando a compensação de reativos, as distorções harmônicas nas subestações de baixa até a alta tensão, projeto e implantação de filtros harmônicos sintonizados, visando atendimento às recomendações nacionais de fator de potência e de distorções harmônicas. Por fim, são comparados os resultados de simulações feitas utilizando o software PTW 32 com as medições em campo antes e após a instalação dos dois filtros harmônicos na barra de 11,9 kV, comprovando que os modelos matemáticos do software utilizados nas simulações de fluxo fundamental e harmônico, em regime permanente, apresentam resultados satisfatórios, bem como validando o dimensionamento do filtro harmônico sintonizado / Abstract: This work has as main goal to use various engineering resources, to evaluate the power quality of an electrical installation, using software tools to designing the expansion of an industrial plant, evaluating the consequences of reactive compensation and harmonic mitigation considering the installation of non-linear loads. The dissertation was divided into topics, considering the revision of some power quality concepts, especially the harmonic distortion, its interpretation, features, impact on power system, limits of the electrical equipments under the distortions, modeling of loads, harmonic filter's types, and the mitigation of the harmonic disturbances to comply with national and international technical standards. Also is addressed in this work the expansion of an industrial facility considering the reactive compensation, harmonic distortions in the low-voltage until high-voltage substations, the project, construction and implementation of two tuned harmonic filters, to meet the national recommendations of the power factor and harmonic distortions. Finally, the simulation's results using the PTW32 software are compared with the field measurements before and after the installation of the two harmonic filters on the 11.9 kV busbar, proving that the mathematical models used in the software for the fundamental and harmonic load flow's simulation, in steady state, present satisfactory results, as well as validating the design of the tuned harmonic filter / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

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

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.