Este trabalho apresenta a análise teórica e experimental do gerador assíncrono de dupla alimentação, denominado GEADA ao longo deste trabalho, operando em regime permanente com velocidade não fixa, mas com freqüência da armadura constante. Compreende o escopo do trabalho a análise teórica a partir do circuito equivalente do gerador, a análise teórica e experimental da curva de magnetização do GEADA operando em freqüência do rotor variável, uma proposta de adaptação da curva de capacidade aplicada na operação dos geradores síncronos para o GEADA e a sua análise considerando-o como máquina síncrona a partir dos seus terminais, os ensaios normalizados e complementares necessários para o levantamento dos parâmetros para este circuito equivalente e ensaios do GEADA operando com carga para verificação de seu desempenho Os resultados obtidos permitem um melhor entendimento desse sistema de geração, de suas condições de operação e utilização em sistemas de geração de velocidade não fixa como, por exemplo, sistemas eólicos e hidrelétricos. / The study presents the theoretical and experimental analysis of the double fed asynchronous generator, called GEADA, operating in steady state with non-fixed speed but with constant armature frequency. It comprehends the theoretical analysis based on the equivalent circuit of this generator, the theoretical and experimental analysis of the curve of magnetization of the GEADA operating with variable rotor frequency. A proposal of adaptation of the capability curve applied in the operation of the synchronous generators for the GEADA is also presented, its analysis considering it as a synchronous machine from its terminals, the standard and complementary tests necessary for the calculation of the parameters for the equivalent circuit and the tests with the GEADA operating under on-load conditions to verify its performance. The achieved results allow a better understanding of this generation system, its operational conditions and applicability to the power generation systems based on variable speed, such as wind and hydroelectric power plants.

Atualmente, as tecnologias disponíveis para a fabricação de dispositivos eletrônicos permitem um alto grau de integração de semicondutores. Entretanto, esta integração torna o projeto, a verificação e o teste de circuitos integrados mais difíceis. Normalmente, o projeto de circuitos integrados é consideravelmente afetado com a diminuição do tamanho dos dispositivos eletrônicos em tecnologias sub-micrônicas. Conseqüentemente, os projetistas adotam metodologias rígidas para produzir circuitos de alta qualidade em tempo razoável. Ferramentas de auxílio ao projeto de circuitos eletrônicos são utilizadas para automatizar algumas das etapas do projeto, ajudando o projetista a encontrar boas soluções rapidamente. Uma das tarefas mais difíceis no projeto de circuitos integrados é fazer com que o circuito respeite as restrições de atraso. Isto depende de várias etapas do processo de síntese. Em metodologias baseadas em bibliotecas de células, isto está diretamente relacionado ao algoritmo para mapeamento tecnológico e as células disponíveis na biblioteca. O atraso de cada célula depende do tamanho dos transistores e da topologia da rede de transistores. Isso determina as características de atraso, potência e área de uma célula. O mapeamento tecnológico define as principais características estruturais do circuito, principalmente em área, potência e atraso. A qualidade do circuito mapeado depende das células disponíveis na biblioteca de células. Este trabalho propõe um novo método para mapeamento com bibliotecas virtuais para redução de atraso em circuitos combinacionais. Ambos os algoritmos baseiam-se em uma topologia de células capaz de implementar funções Booleanas com cadeias mínimas de transistores em série. Os algoritmos reduzem o número de transistores em série do caminho mais longo do circuito, considerando que cada célula é implementada por uma rede de transistores que obedecem um número máximo de transistores em série. O número de transistores em série é calculado de forma Booleana, garantindo que este seja o número mínimo necessário para implementar a função lógica da célula. Os algoritmos estão integrados a um gerador de células que utiliza tal topologia e realiza o dimensionamento dos transistores. Ganhos significativos podem ser obtidos combinando estas duas técnicas em uma ferramenta para mapeamento tecnológico. / Currently, microelectronic technologies enable high degrees of semiconductor integration. However, this integration makes the design, verification, and test challenges more difficult. The circuit design is often the first area under assault by the effects of aggressive scaling in deep-submicron technologies. Therefore, designers have adopted strict methodologies to deal with the challenge of developing high quality designs on a reasonable time. Electronic Design Automation tools play an important role, automating some of the design phases and helping the designer to find a good solution faster. One of the hardest challenges of an integrated circuit design is to meet the timing requirements. It depends on several steps of the synthesis flow. In standard cell based flows, it is directly related to the technology mapping algorithm and the cells available in the library. The performance of a cell is directly related to the transistor sizing and the cell topology. It determines the timing, power and area characteristics of a cell. Technology mapping has a major impact on the structure of the circuit, and on its delay and area characteristics. The quality of the mapped circuit depends on the richness of the cell library. This thesis proposes two different approaches for library-free technology mapping aiming delay reduction in combinational circuits. Both algorithms rely on a cell topology able to implement Boolean functions using minimal transistors stacks. They reduce the overall number of serial transistors through the longest path, considering that each transistor network of a cell has to obey to a maximum admitted chain. The mapping algorithms are integrated to a cell generator that creates cells with minimal transistor stacks. This cell generator is also in charge of performing the transistor sizing. Significant gains can be obtained in delay due to both aspects combined into the proposed mapping tool.

Orientador: Prof. Dr. Alfeu Joãozinho Sguarezi Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2014. / A energia eólica tem seu interesse aumentado nos últimos anos como uma das mais importantes fontes de energia renováveis devido a sua característica ecologicamente correta. Um dos componentes principais do sistema de geração eólica é o aerogerador, que deve ser capaz de operar com velocidade variável do vento e deve estar conectado à rede elétrica mesmo com a presença de distúrbios elétricos, como afundamento de tensão. Este trabalho apresenta uma proposta de controlador direto de potência do tipo deadbeat para o Gerador de Indução com Dupla Alimentação (GIDA), onde tem-se seu estator conectado diretamente à rede elétrica e o seu rotor, conectado à rede elétrica com o emprego de um conversor bidirecional. O controlador proposto é projetado a partir do modelo matemático dinâmico discreto do GIDA para trabalhar durante a ocorrência de afundamentos de tensão sem o emprego de crowbar e sem danificar a máquina de indução. O GIDA e o controlador direto de potência deadbeat foram simulados com o emprego do pagote Simulink® do Matlab® e os resultados desta simulação são apresentados nesta dissertação, incluindo a operação do GIDA durante afundamento de tensão trifásico equilibrado. Para comprovar a capacidade de operação durante afundamento de tensão, foram realizados testes em bancada com o controlador direto de potência proposto e os resultados experimentais apresentados validam a correta operação do controlador direto de potência deadbeat na condição de falha da rede. / Wind energy is gaining interest in the last years as one of the most important renewable sources of energy due to its ecofriendly nature. One of the main components of the wind energy system is the wind generator, which must be able to work with variable wind speed and have to be connected directly to the grid even during faults, like symmetrical sag. This work presents a proposal of a direct power control deadbeat for Doubly-Fed Induction Generator (DFIG), where its stator is connected directly to the grid and its rotor is connected to the grid trough a bidirectional converter. The proposed controller is designed using the mathematical discretized dynamic model of DFIG, with the goal to withstand its operation during sag with no crowbar and avoiding damage to the induction machine. The DFIG and the direct power controller deadbeat were simulated using the suite Simulink® from Matlab® and the results are presented in this work, including the DFIG operation during symmetrical sag. For assuring the performance of the controller during sag, practical results with the proposed direct power controlled were performed using a test bench and the final results validate the correct design of the proposed deadbeat direct power controller.

Orientador: Prof. Dr. Ahda Pionkoski Grilo Pavani / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2014. / O ilhamento não intencional ocorre quando a proteção não é capaz de detectar a operação ilhada de parte do sistema de distribuição. Estas falhas ocorrem para condições específicas de geração e carga do subsistema ilhado, nas quais as variações de tensão e frequência após o ilhamento não são suficientes para sensibilizar a proteção. Neste trabalho é apresentada uma metodologia para o cálculo do índice de risco de ilhamento não intencional de geradores eólicos distribuídos, considerando que estes geradores empregam relés de sub/sobrefrequência e sub/sobretensão para proteção anti-ilhamento. A metodologia desenvolvida utiliza curvas características de velocidade de vento de uma região e curvas de carga para identificar as possíveis condições de operação do sistema. Com a aplicação da metodologia proposta é possível avaliar o risco da proteção anti-ilhamento baseada em relés de sub/sobretensão e sub/sobrefrequência não detectar o ilhamento. Como resultado, a concessionária poderá avaliar se somente a proteção anti-ilhamento baseada nestes relés é suficiente, ou se devido ao alto risco de não detecção esquemas mais sofisticados devem ser empregados. / The unintentional islanding occurs when the protection is not able to detect the islanded part of the distribution system operation. These failures occur for specific conditions of generation and load islanded subsystem in which the variations of voltage and frequency after islanding are not sufficient to sensitize protection. In this work a methodology to calculate the unintentional islanding risk index of distributed wind generators is presented, considering that these generators employ under/overfrequency and under/overvoltage protection relays for anti-islanding. The methodology uses the characteristic curves of wind speed in a region and load curves to identify the possible operating conditions of the system. Proposed methodology can assess the risk of anti-islanding protection based on under/overvoltage and under/overfrequency relays not detect islanding condition. As a result, the utility can only assess whether the anti-islanding protection based on these relays is sufficient, or if due to the high risk of failure to detect more sophisticated schemes must be employed.

Orientador: Prof. Dr. Alfeu Joãozinho Sguarezi Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2015.

Profa. Dra. Ahda Pionkoski Grilo Pavani / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Energia, 2016. / Neste trabalho foi desenvolvida uma metodologia de controle que permite ao gerador de indução duplamente alimentado, do inglês: doubly fed induction generator - DFIG, compensar os desequilíbrios de tensão do ponto de conexão do gerador com a concessionária. Para isso, foram consideradas a configuração série do DFIG, em que o conversor do lado da rede está conectado em série, e a configuração tradicional do DFIG com um restaurador dinâmico de tensão associado a ela. A metodologia de controle proposta permite compensar o desequilíbrio de tensão e minimiza as oscilações de torque produzidas por correntes desequilibradas no gerador, as quais podem reduzir a sua vida útil. Além disso, foi proposta uma solução para a operação no regime subsíncrono do DFIG na configuração série, na qual a saturação do fluxo concatenado, devido à elevação da tensão do estator, é uma limitação. A modelagem das metodologias propostas e simulações foram feitas em ambiente Matlab - Simulink, onde foram gerados os resultados necessários para sua validação. / In the present work it has been developed a control methodology allowing to the Doubly Fed Induction Generator (DFIG) to compensate the voltage unbalance at the Point of Commom Coupling (PCC). This methodology was implemented in the series configuration of the DFIG, which the Grid Side Converter is series connected to the grid, and in the traditional configuration of the DFIG with a Dynamic Voltage Restorer associated. The proposed methodology allows compensating the voltage unbalance at the PCC and reduces the electromagnetic toque oscillations produced by the unbalanced currents at the generator windings, which can compromise the machine service life. Furthermore, it has been proposed a solution to avoid increasing the stator voltage at the subsynchronous operation of the series configuration of the DFIG, which is a limitation due to the saturation of the electromagnetic flux. The proposed methodologies were modeled and simulated at the Matlab - Simulink environment, where the results required for the methodology validation was obtained.

Orientador: Prof. Dr. Jesus Franklin Andrade Romero. / Tese ( doutorado)- Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Energia, 2016.

Orientador: Dra. Ahda Pionkoski Grilo Pavani / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2016. / Os Geradores de Indução Duplamente Alimentados, em inglês Doubly Fed Induction Generator DFIG, representam uma das tecnologias mais empregadas em sistemas eólicos. Devido à natureza intermitente do vento, o controle convencional usado por esses geradores procura operar o gerador em um ponto que garanta a máxima extração de potência da turbina eólica. Entretanto, usando apenas esta filosofia de controle, não é possível que estes geradores participem do controle de frequência da rede elétrica, pois o sistema mecânico e o sistema elétrico estão desacoplados devido à ação do conversor Back-to-Back. Como consequência, o DFIG não apresenta resposta de inércia. No entanto, em sistemas elétricos com alta penetração de geração eólica, ou sistemas que operam de forma ilhada como microrredes, a resposta de inércia do gerador eólico permite um melhor comportamento da frequência elétrica. Neste contexto, neste trabalho é estudado e analisado o comportamento do Gerador de Indução Duplamente Alimentado DFIG contribuindo para o suporte de frequência de uma microrrede, formada a partir de um ilhamento intencional. Para isso, foram realizadas simulações computacionais com ocorrência de ilhamento intencional, em que uma parte da rede de distribuição passa a operar de forma ilhada alimentada por um DFIG e um gerador síncrono. Com os resultados é possível analisar o desempenho do DFIG no suporte de frequência da rede elétrica considerando diferentes metodologias / Doubly Fed Induction Generators DFIG, represent one of the most used in wind power systems technologies. Due to the intermittent nature of wind, the conventional control used by these generators to operate the demand generator at a point that ensures maximum power extraction of the wind turbine. However, using only this control philosophy, it is not possible that these generators participate in frequency control the power supply for the mechanical system and the electrical system are uncoupled due to the action of the Back-to-Back converter. Consequently, the DFIG has not inertia response. However, in electric systems with high penetration of wind power generation, or systems that operate islanded micro-grids way, the wind power generator inertia response allows a better behavior of the electrical frequency. In this context, this work is studied and analyzed the Doubly Fed Induction Generator DFIG behavior contributing to the frequency support of a micro-grids formed from an unintentional islanding. To this end, computer simulations were performed with the occurrence of unintentional islanding, wherein a part of the distribution network shall operate islanded form fed by a DFIG and a synchronous generator. With the results it is possible to analyze the performance of DFIG in the grid frequency support considering different methodologies.

Orientador: Prof. Dr. Alfeu Joãozinho Sguarezi Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2017. / Neste trabalho é estudado o gerador de relutância variável 12/8 aplicado em sistemas de geração eólica. Para a conexão do gerador com a rede elétrica será empregado o conversor em ponte assimétrico que compartilha o barramento de corrente contínua com um inversor. O conversor assimétrico tem a função de controlar a tensão no elo de corrente contínua e emprega controladores PIs para este fim. Já, o inversor conectado à rede elétrica controla as potências injetadas na rede por meio da técnica de controle orientado por tensão empregando controladores PIs. Analisou-se também as condições da máquina em termos de indução magnética através de simulações computacionais, pelo Método dos Elementos Finitos, com intuito de verificar e estimar os níveis de indução garantindo que a operação do controle atue de fato em condição de não saturação da máquina. Resultados das simulações de operação do gerador conectado à rede elétrica trifásica e dos níveis de indução magnética são apresentados para validar a proposta. / This academic work examines the switched reluctance generator 12/8 applied in wind power generation systems. A asymmetric bridge converter shares the DC link with an inverter that allows generator connection to the power grid. The asymmetric half bridge converter has the function of controlling the voltage of the DC link and uses PI controllers for this purpose. Already, the inverter connected to the grid controls the power injected into the grid across voltage oriented controle by employing PIs voltage controllers. It was also analyzed the machine conditions in terms of magnetic induction through computational simulations, by the Finite Element Method, in order to verify and estimate the induction levels, ensuring that the operation of the control actually acts in the condition of non-saturation of the machine. Results of the operation simulations of the generator connected to the three-phase electric grid and the magnetic induction levels are presented to validate the proposal

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This dissertation addresses the analysis and control of permanent magnet synchronous generators (PMSG) found in wind energy conversion system. The operation modes of the wind turbine the current and voltage constraints of a PWM rectifier are defined and a methodology to determine the generator current is presented. The generator currents obtained guarantee the maximization of wind energy extraction as well as the minimization of the PMSG and rectifier losses. In addition, a space-vector modulation technique in overmodulation region is reviewed in detail and applied aiming: (i) to maximize the generator power; (ii) to utilize the entire PWM rectifier DC link voltage resource, and (iii) to obtain a smooth transition to six-step operation. Furthermore, a single current controller is designed for all operating modes being capable to avoid the controller states overload as well as the undesired effects due to the operation in the overmodulation region. The stability analysis of the closed loop system is investigated by means of linear matrix inequality conditions to estimate a region of operation with guaranteed stability. Simulation results are presented to demonstrate the performance of the proposed system. / Esta dissertação trata da análise e do controle de geradores sincronos a íımã permanente usados em sistema de conversão de energia eólica. Os modos de operação da turbina eólica sob restrição de tensão e corrente são definidos e uma metodologia para determinar as correntes do gerador ´e apresentada. As correntes obtidas do gerador garantem a maximização da potência extraída do vento bem como a minimização das perdas do conjunto gerador e retificador PWM. Além disso, a técnica de modulação vetorial na região de sobremodulação é revisada em detalhes e aplicada com objetivo de: (i) maximizar a potência do gerador, (ii) utilizar todo o recurso do barramento CC disponível pelo retificador PWM e (iii) obter uma transição suave para operação do retificador para o modo de seis-pulsos. Uma técnica de controle vetorial é apresentada e comparada. Um único controlador de corrente é projetado para todos os modos operacionais, sendo capaz de evitar tanto sobrecarga dos estados do controlador quanto os efeitos indesejáveis provenientes da operação na região de sobremodulação. A análise da estabilidade do sistema em malha fechada é investigada por meio de desigualdades matriciais lineares para determinar uma região de estabilidade garantida. Por fim, resultados de simulação são apresentados para demonstrar o bom desempenho do sistema proposto.