Made available in DSpace on 2014-10-09T12:29:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:59:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 00452.pdf: 1296855 bytes, checksum: 577f1a3c7bb54a79ffbafa619504effa (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IEA/D / Instituto de Energia Atomica - IEA

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:29:41Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:00:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 00491.pdf: 1535492 bytes, checksum: 5ab85c52c4ccbe4ff6c331a230d7a1c4 (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IEA/D / Instituto de Energia Atomica - IEA

Submitted by JUAN JOSE PEREZ ALVAREZ null (yuanjpa@gmail.com) on 2016-09-09T18:04:31Z No. of bitstreams: 1 Final.pdf: 4688581 bytes, checksum: ffc24669bda0a26530c5591cfd508d95 (MD5) / Approved for entry into archive by Juliano Benedito Ferreira (julianoferreira@reitoria.unesp.br) on 2016-09-13T13:20:34Z (GMT) No. of bitstreams: 1 alvarez_jjp_me_ilha.pdf: 4688581 bytes, checksum: ffc24669bda0a26530c5591cfd508d95 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-13T13:20:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 alvarez_jjp_me_ilha.pdf: 4688581 bytes, checksum: ffc24669bda0a26530c5591cfd508d95 (MD5) Previous issue date: 2016-09-01 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Neste trabalho apresenta-se um algoritmo para o dimensionamento de um sistema híbrido de filtragem passivo que considera os filtros ressonantes e os dispositivos eletromagnéticos para mitigação de correntes harmônicas de sequência zero. O objetivo do algoritmo proposto é acrescentar o estudo dos filtros passivos mediante a utilização de métodos de otimização nos modelos matemáticos dos filtros ressonantes e do filtro eletromagnético considerando a interação destes dispositivos com o sistema de distribuição de energia elétrica (SDEE). Os estudos realizados visam aplicar o algoritmo na avaliação de três casos de estudo com diferentes características com o objetivo de verificar: a efetividade dos modelos propostos no cálculo dos parâmetros construtivos das topologias consideradas; o impacto do desequilíbrio das fases no ponto de acoplamento comum (PAC) no dimensionamento e na operação dos filtros passivos estudados; e, por meio da operação conjunta, a eficiência dos filtros medida individualmente, bem como do sistema híbrido de filtragem passivo resultante. Um critério de dimensionamento para o bloqueador eletromagnético usado no algoritmo proposto é também discutido. / This work presents an algorithm for designing a passive filtering hybrid system considering resonant and zero-sequence electromagnetic filters. The proposed algorithm objective is to enrich the study of passive filters by applying optimization methods to the resonant and zerosequence electromagnetic filter models considering their interaction with the distribution energy system (DER). The obtained results, applying the algorithm on three diverse study cases, indicate: the effectiveness of the proposed models in calculating the parameters of the passive filters studied, the negative impact of phase unbalance in the point of common coupling (PCC) over the designing and operation of the passive filters studied and, through a combined operation, a filter efficiency improvement seen individually and by evaluating the passive filtering hybrid system. A criterion for the zero-sequence electromagnetic blocker used by the proposed algorithm is also discussed. / CNPq: 163977/2014-3

Orientador: Júlio Borges Souza / Resumo: Neste trabalho apresenta-se um algoritmo para o dimensionamento de um sistema híbrido de filtragem passivo que considera os filtros ressonantes e os dispositivos eletromagnéticos para mitigação de correntes harmônicas de sequência zero. O objetivo do algoritmo proposto é acrescentar o estudo dos filtros passivos mediante a utilização de métodos de otimização nos modelos matemáticos dos filtros ressonantes e do filtro eletromagnético considerando a interação destes dispositivos com o sistema de distribuição de energia elétrica (SDEE). Os estudos realizados visam aplicar o algoritmo na avaliação de três casos de estudo com diferentes características com o objetivo de verificar: a efetividade dos modelos propostos no cálculo dos parâmetros construtivos das topologias consideradas; o impacto do desequilíbrio das fases no ponto de acoplamento comum (PAC) no dimensionamento e na operação dos filtros passivos estudados; e, por meio da operação conjunta, a eficiência dos filtros medida individualmente, bem como do sistema híbrido de filtragem passivo resultante. Um critério de dimensionamento para o bloqueador eletromagnético usado no algoritmo proposto é também discutido. / Abstract: This work presents an algorithm for designing a passive filtering hybrid system considering resonant and zero-sequence electromagnetic filters. The proposed algorithm objective is to enrich the study of passive filters by applying optimization methods to the resonant and zerosequence electromagnetic filter models considering their interaction with the distribution energy system (DER). The obtained results, applying the algorithm on three diverse study cases, indicate: the effectiveness of the proposed models in calculating the parameters of the passive filters studied, the negative impact of phase unbalance in the point of common coupling (PCC) over the designing and operation of the passive filters studied and, through a combined operation, a filter efficiency improvement seen individually and by evaluating the passive filtering hybrid system. A criterion for the zero-sequence electromagnetic blocker used by the proposed algorithm is also discussed. / Mestre

O presente trabalho realiza o estudo e implementação de um filtro ativo de potência paralelo (FAPP) aplicado em sistemas trifásicos a quatro fios utilizando a topologia de um inversor de tensão four-legs, visando a redução do conteúdo harmônico gerado por cargas não lineares e a compensação de reativos. A geração das correntes de referência de compensação é obtida através da estratégia de compensação baseada no sistema de eixos de referência síncrona (SRF) a qual utiliza conceitos de controle vetorial. O sincronismo do sistema SRF é realizado através de um circuito q-PLL (q-Phase Locked Loop) o qual é baseado no conceito da teoria da potência instantânea imaginária (teoria pq). A análise matemática da topologia four-legs é desenvolvida a fim de se obter um modelo linear em espaço de estados que represente o sistema físico para os sistemas de coordenadas abc, αβ0 e dq0. O método de controle proposto é implementado em eixos dq0, através de três controladores do tipo PI (Proporcional-Integral), os quais são projetados utilizando os conceitos de margem de estabilidade. Um estudo detalhado da modulação Space Vector aplicada a sistemas trifásicos four-legs é apresentado. Resultados de simulações são apresentados para validar o modelo do filtro proposto bem como a técnica de controle aplicada. Por fim, os resultados experimentais obtidos são avaliados considerando a a recomendação IEEE 519-1992 para mostrar a capacidade do FAPP na supressão de correntes harmônicas e compensação de potência reativa. / This work deals with the study and analysis of a parallel active power filter (APF) applied to three-phase four-wire systems using a four-leg inverter, aiming the suppresion of the harmonic content of non-linear loads and reactive power compensation. The generation of the compensation current references is obtained by means of the strategy based on the synchronous reference frame (SRF) system, which utilizes the concepts of vector control. The timing of the SRF system is performed through a q-PLL (q-Phase Locked Loop) circuit that is based on the imaginary instantaneous power theory. Mathematical analysis is developed in order to obtain a linear model in state space that represents the physical system in the coordinate systems abc, αβ0 and dq0. The proposed control method is implemented in dq0 axes through three Proportional-Integral (PI) controllers, which are designed using the concepts of stability margin. A detailed study of Space Vector modulation applied to three-phase four-leg inverter is presented. Simulation results are presented to validate the model of the APF and the control technique adopted. Finally, experimental results are obtained and evaluated considering the recommendation IEEE 519-1992 to show the capability of the parallel APF of current harmonic suppression and reactive power comensation.

Thesis (MTech (Electrical Engineering))--Cape Peninsula University of Technology, 2017. / High Voltage Direct Current (HVDC) transmission is a safe and efficient technology designed to deliver large amounts of electrical power over long distances with minimal losses and at low costs. HVDC links require converters and filters at both terminal stations. The core component of the HVDC system is the power converter that connects the DC and AC systems together. The conversion from AC to DC, and vice versa, is achieved mainly through electronic switches called thyristors. The thyristor-based Line Commutated Converter (LCC) is a mature and trusted technology for HVDC transmission throughout the world. HVDC converters are bidirectional and can function in either rectification (AC to DC) or inversion mode (DC to AC). This is achieved when the voltage polarity across the converter gets swapped by the controllers, because current cannot change its direction in thyristors. In this thesis an analytical model of the HVDC converters is developed in the frequency domain by modelling it in DIgSILENT. The objective is to study the harmonics induced to the AC side from HVDC converters. Therefore, it is important in the real world to understand the principles, what causes harmonics to be generated in HVDC and transferred to the HVAC system. The objective of this thesis is to investigate the effectiveness of mitigation techniques used, on how they reduce harmonics by keeping these harmonic levels within specified values admissible by international standards (e.g. IEEE, etc).

Este trabalho apresenta o projeto e implementação de um sistema UPS (Uninterruptible Power Supply) Line-Interactive monofásico com compensação ativa de potência série e paralela, o qual realiza a supressão de harmônicos e compensação de afundamentos e elevações da tensão da rede elétrica, além de manter a tensão na carga regulada. Adicionalmente, a UPS atua na compensação de potência reativa e supressão dos harmônicos de corrente da carga, resultando em uma efetiva correção do fator de potência. Desse modo, com a rede elétrica presente, a UPS opera como filtro ativo universal realizando a compensação da corrente de entrada, bem como da tensão de saída. Quando a rede elétrica está ausente, a UPS alimenta a carga com tensão regulada e com baixa taxa de distorção harmônica. Para este fim, dois conversores monofásicos PWM são empregados, sendo estes chamados de filtro ativo série (FAS), o qual atua como fonte de corrente senoidal e o filtro ativo paralelo (FAP), o qual atua como fonte de tensão senoidal, ambos controlados para operar em fase com a tensão da rede. Com o objetivo de extrair a corrente de referência senoidal de compensação, usada no controle do FAS, é utilizado um algoritmo baseado no sistema de eixo de referência síncrona (SRF-Synchronous Reference Frame). Para a obtenção da referência da tensão senoidal de saída, assim como as coordenadas do vetor unitário síncrono utilizados pelo algoritmo SRF, um sistema de detecção de ângulo de fase (PLL-Phase Locked Loop) monofásico é utilizado. Ensaios experimentais, bem como simulações computacionais são realizados a fim de confirmar o desenvolvimento teórico e avaliar o desempenho dinâmico e estático do sistema UPS. / This work presents a single-phase Line-interactive UPS System implementation with series and parallel active power-line compensation, which performs harmonic suppression and voltage sag/swell compensation of the utility voltage, as well as maintaining the output voltage regulated. Additionally, the UPS performs reactive power compensation and harmonic suppression of the load current, resulting in an effective power-factor correction. Thereby, when the incoming power grid is present, the UPS works as a universal active power filter compensating the input current and output voltage. On the other hand, when an outage occurs, the UPS feeds the load with regulated and harmonic free voltage. For this purpose, two single-phase PWM converters are employed, which are referred as series active power filter (SAPF), which acts as a sinusoidal current source, and parallel active power filter (PAPF), which acts as a sinusoidal voltage source. Both the APFs are controlled to be in phase with the input voltage. In order to extract the sinusoidal compensation reference current, used in SAPF control, an algorithm based on synchronous reference frame (SRF) is used. The sinusoidal output voltage reference and the coordinates of the synchronous vector are obtained by using a phase-locked loop (PLL) algorithm. Experimental results and computational simulations are presented to confirm the theoretical development and evaluate both the dynamic and steady state behavior of the UPS system.

Este trabalho apresenta o projeto e implementação de um sistema UPS (Uninterruptible Power Supply) Line-Interactive monofásico com compensação ativa de potência série e paralela, o qual realiza a supressão de harmônicos e compensação de afundamentos e elevações da tensão da rede elétrica, além de manter a tensão na carga regulada. Adicionalmente, a UPS atua na compensação de potência reativa e supressão dos harmônicos de corrente da carga, resultando em uma efetiva correção do fator de potência. Desse modo, com a rede elétrica presente, a UPS opera como filtro ativo universal realizando a compensação da corrente de entrada, bem como da tensão de saída. Quando a rede elétrica está ausente, a UPS alimenta a carga com tensão regulada e com baixa taxa de distorção harmônica. Para este fim, dois conversores monofásicos PWM são empregados, sendo estes chamados de filtro ativo série (FAS), o qual atua como fonte de corrente senoidal e o filtro ativo paralelo (FAP), o qual atua como fonte de tensão senoidal, ambos controlados para operar em fase com a tensão da rede. Com o objetivo de extrair a corrente de referência senoidal de compensação, usada no controle do FAS, é utilizado um algoritmo baseado no sistema de eixo de referência síncrona (SRF-Synchronous Reference Frame). Para a obtenção da referência da tensão senoidal de saída, assim como as coordenadas do vetor unitário síncrono utilizados pelo algoritmo SRF, um sistema de detecção de ângulo de fase (PLL-Phase Locked Loop) monofásico é utilizado. Ensaios experimentais, bem como simulações computacionais são realizados a fim de confirmar o desenvolvimento teórico e avaliar o desempenho dinâmico e estático do sistema UPS. / This work presents a single-phase Line-interactive UPS System implementation with series and parallel active power-line compensation, which performs harmonic suppression and voltage sag/swell compensation of the utility voltage, as well as maintaining the output voltage regulated. Additionally, the UPS performs reactive power compensation and harmonic suppression of the load current, resulting in an effective power-factor correction. Thereby, when the incoming power grid is present, the UPS works as a universal active power filter compensating the input current and output voltage. On the other hand, when an outage occurs, the UPS feeds the load with regulated and harmonic free voltage. For this purpose, two single-phase PWM converters are employed, which are referred as series active power filter (SAPF), which acts as a sinusoidal current source, and parallel active power filter (PAPF), which acts as a sinusoidal voltage source. Both the APFs are controlled to be in phase with the input voltage. In order to extract the sinusoidal compensation reference current, used in SAPF control, an algorithm based on synchronous reference frame (SRF) is used. The sinusoidal output voltage reference and the coordinates of the synchronous vector are obtained by using a phase-locked loop (PLL) algorithm. Experimental results and computational simulations are presented to confirm the theoretical development and evaluate both the dynamic and steady state behavior of the UPS system.

A maior presença de correntes harmônicas no sistema de distribuição, principalmente devido à geração distribuída, tem chamado atenção sobre suas possíveis consequências. O trabalho apresenta um método para a avaliação de harmônicas em um sistema elétrico através de um estimador de estados. A proposta é um método de supervisão da rede de distribuição utilizando o menor número de medidores possível. Isso foi feito identificando topologias de rede que viabilizam o uso de pseudomedidas no lugar de medidores. O método é aplicado a um estudo de caso baseado no modelo IEEE 13 barras e os resultados do estimador de estados foram comparados a uma simulação. Também é feita uma análise de sensibilidade do código, observando os resultados quando se adicionam erros sobre as medidas e sobre os parâmetros das linhas do sistema. / The growth of harmonic currents in distribution system, mainly due the distributed generation, is calling attention of the specialists to its possible consequences. This work presents a method to assessment of harmonics in an electric power system through a state estimator. The proposal is a method to monitor the distribution network using as few measurement devices as possible. It was performed identifying network topologies where a pseudomeasurement can replace a measurement device. The method was applied to a study case based on the IEEE 13 buses model and its results were compared to a simulation. A sensitivity analysis of the code also was performed, errors were added to measurements and lines parameters to assess the errors in the state estimator results.

nÃo hà / A modernizaÃÃo de processos tem aumentado o emprego de cargas com caracterÃstica fortemente nÃo linear. Tal situaÃÃo està levando os engenheiros a uma revisÃo dos conceitos de eficiÃncia energÃtica e qualidade de energia, com o intuito de conciliar essas duas definiÃÃes. Surge, entÃo, o conceito de condicionamento de potÃncia intrÃnseco ao de qualidade de energia. Com este conceito sÃo desenvolvidas soluÃÃes que visam atender caracterÃsticas como compensaÃÃo de harmÃnicos e correÃÃo do fator de potÃncia, de maneira a garantir um sistema elÃtrico que proporcione condiÃÃes para a mÃxima eficiÃncia energÃtica de cargas conectadas à rede. Surgem, entÃo, os filtros passivos e ativos como as soluÃÃes mais comuns, tanto na prÃtica quanto na literatura tÃcnica e cientÃfica, apresentando entre si as suas vantagens e desvantagens. Buscando usufruir das vantagens de ambas as soluÃÃes, este trabalho propÃe o estudo e projeto de um filtro hÃbrido. A estrutura do filtro hÃbrido de dupla sintonia proposto permite ao mesmo a dissociaÃÃo da malha ativa de sua malha passiva, dando ao filtro maior autonomia e praticidade durante operaÃÃes de troca ou manutenÃÃo no estÃgio ativo. Este trabalho tambÃm apresenta uma metodologia para o projeto da malha passiva, bem como a modelagem e controle da malha ativa do filtro. Por se tratar de uma estrutura hÃbrida nova, sÃo realizados ensaios comparativos entre o filtro hÃbrido proposto e o filtro hÃbrido emph{shunt}, com conversor em sÃrie com o filtro passivo, a fim de validar o desempenho e a baixa potÃncia nominal da malha ativa em relaÃÃo à potÃncia do transformador ao qual serà conectado. AtravÃs da modelagem e dimensionamento do filtro hÃbrido proposto, foram obtidos, a partir de um estudo de caso, resultados satisfatÃrios quanto a correÃÃo do fator de potÃncia e minimizaÃÃo das distorÃÃes harmÃnicas de corrente e tensÃo frente as normas tÃcnicas vigentes. Tais resultados validaram o filtro hÃbrido como uma soluÃÃo tecnicamente viÃvel para a melhoria da qualidade de energia de um sistema de distribuiÃÃo em baixa tensÃo. / The modernization process has increased the use of loads with strongly non-linear characteristic. This situation is leading engineers to review the concepts of energy efficiency and power quality, in order to conciliate these two definitions. Then, the concept of power conditioning intrinsic to the power quality appears to be an interesting solution. With this concept, the solutions are designed to meet characteristics such as harmonics compensation and power factor correction, in order to ensure an electrical system that provides conditions for maximum energy efficiency of loads connected to the grid. Then arise passive filters and active as the most common solutions, both in practice and in the scientific and technical literature, with each other their advantages and disadvantages. Seeking to benefit from the advantages of both solutions, this work proposes the study and design of a hybrid filter. The proposed structure named dual tune hybrid filter allows the dissociation of the active stage from the passive stage, giving greater autonomy and practicality to the filter during replacement or maintenance operations in the active stage. This work also proposes a design methodology for the passive power stage, as well as the modeling and control of the active filter power stage. Because it is a new hybrid structure, it is made comparative analysis between the proposed hybrid power filter and shunt hybrid power filter, with the series converter with the passive filter, in order to validate the performance and its lower rated for the active stage with respect to the transformer in which it will be connected. Through modeling and design of the proposed hybrid filter, were obtained from a test case, satisfactory results as the correction of power factor and minimizing harmonic distortion voltage and current forward technical standards existing. These results validate the hybrid filter as an economically viable solution for improving the power quality of a distribution system at low voltage.