This research work is devoted to the analysis, design and implementation of a shunt connected Hybrid Active Power Filter by the use of a lower rated voltage source PWM converter, and a series connected LC passive filter. In recent years, voltage and current harmonics have become a serious problem both in transmission and distribution systems, due to the widespread usage of non-linear loads such as diode/thyristor rectifiers, electric arc furnaces and motor drives. In order to obtain a better performance than those of the conventional passive filter solutions, active power filters (APF) have been worked on and developed. Among various configurations listed in the literature, conventional shunt connected voltage source active power filter is widely used in industrial applications. Unfortunately, for large power applications, the losses and the rating of the APF increase considerably. As a result, various hybrid filter topologies have been developed which combine the advantages of both passive and active filters. In this thesis, a shunt connected hybrid active power filter is developed by combining a 4.7 kVA voltage source converter and a 30kVAR 7th harmonic passive filter. The developed system has been implemented to eliminate the most dominant 5th, 7th and 11th current harmonic components existing at 400V low voltage bus of TUBITAK SPACE Technologies Institute. The theoretical and experimental results have shown that the DC link voltage of the converter and the rating of APF are minimized while keeping the filtering performance satisfactory.

Submitted by Haroudo Xavier Filho (haroudo.xavierfo@ufpe.br) on 2016-03-01T13:09:14Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Silva Filho, Luis Rodrigues da.pdf: 5874183 bytes, checksum: 60b4246d84e077fb2131d50faca19bd3 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-01T13:09:14Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Silva Filho, Luis Rodrigues da.pdf: 5874183 bytes, checksum: 60b4246d84e077fb2131d50faca19bd3 (MD5) Previous issue date: 2015-01-30 / CAPES / Atualmente, um grande número de computadores e outras cargas elétricas sensíveis ligadas à rede elétrica são diretamente afetados por problemas de qualidade de energia. Uma das questões mais importantes está relacionada com as correntes harmônicas geradas pelo aumento do número de cargas não-lineares conectadas ao sistema elétrico, tais como retificadores a diodo e tiristores. Como consequência, estes harmônicos podem causar distorções na tensão, perdas adicionais no sistema de energia e mau funcionamento de equipamentos eletrônicos sensíveis. A literatura apresenta diferentes topologias de filtros híbridos de potência visando a compensação harmônica de corrente. Este trabalho apresenta o estado da arte de algumas topologias, realizando uma análise comparativa entre elas. Em comum, todas as topologias possuem um reduzido número de chaves. Adicionalmente, é apresentada uma nova topologia chamada six-switch two-leg hybrid power filter, que além de apresentar um número reduzido de chaves quando comparada a outras topologias com dupla compensação, é capaz de fornecer compensação total, mesmo para cargas com um alto conteúdo harmônico. Os resultados experimentais são apresentados para um protótipo, a fim de demonstrar que o desempenho de compensação harmônica da proposta cumpre a norma IEEE 519. / Nowadays, a large number of computers and other sensitive electrical loads connected to the power grid are directly affected by power quality problems. One of the most important issues is related to current harmonics generated by the increasing number of nonlinear loads connected to the power grid, such as diode and thyristor front-end rectifiers. As consequence, these harmonics can cause voltage distortions, additional losses in the power system and malfunction of sensitive electronic equipment. The literature presents several hybrid power filters topologies, aiming current harmonic compensation. This work presents some state of - art topologies with reduced number of switches and performs a comparative analysis among them. Additionally, a six-switch two-leg hybrid power filter topology, that presents a reduced number of switches when compared with dual topologies, is proposed. The solution is capable of providing fully compensation even for loads with high harmonic content. Experimental results, obtaneid by a prototype, are presented in order to demonstrate that the harmonic compensation performance meets the IEEE 519 standard.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho apresenta contribuições para algoritmos de controle utilizados em filtros ativos e híbridos conectados em redes elétricas trifásicas a 3 ou a 4 fios. Em relação aos algoritmos de controle para filtros ativos, a contribuição consiste em estender o conceito da filtragem harmônica seletiva para compensação de correntes harmônicas e desequilibradas em uma rede trifásica a 4 fios. Esses algoritmos derivam dos conceitos utilizados na teoria da potência instantânea (teoria pq), em conjunto com um circuito de sincronismo PLL. É importante ressaltar que estes algoritmos não utilizam as correntes consumidas pelas cargas, ou seja, apenas as tensões no ponto da rede onde o filtro está conectado são utilizadas para determinação das correntes harmônicas de referência. Apenas as correntes na saída do conversor são utilizadas como realimentação do controle PWM. Estes algoritmos também foram utilizados no filtro híbrido para compensação de correntes harmônicas em uma rede trifásica a 3 fios. Por fim foi feito uma alteração nesses algoritmos de controle que permite eliminar as correntes utilizadas na realimentação do controle PWM. Resultados de simulação são apresentados com objetivo de observar o comportamento desses algoritmos tanto no filtro ativo quanto no híbrido nas condições mencionadas. / This work presents some contributions involving control algorithms for active and hybrid filters connected in 3 or 4-wire three-phase electrical grids. In relation to the control algorithms for active filters, the contribution results from the extension involving the concepts of selective harmonic filtering to compensate unbalanced and harmonic currents in a 4-wire three-phase electrical grid. These algorithms derive from the instantaneous power theory (pq theory) together with a synchronizing PLL-circuit. It is important to mention that these algorithm do not use the currents consumed by the loads, i.e, only the voltages at the point common coupling (PCC) are used to determine the reference harmonic currents. Only the output converter currents were used as a feedback to the PWM control. These algorithms were also employed in a hybrid filter to compensate harmonic currents in a 3-wire three-phase electrical grid. Finally, some improvements on these control algorithms were done, such that the output converter currents used as a feedback of the PWM control were eliminated. Simulations results were provided in order to analyze the behavior of the active and hybrid filters in the aforementioned conditions.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho apresenta contribuições para algoritmos de controle utilizados em filtros ativos e híbridos conectados em redes elétricas trifásicas a 3 ou a 4 fios. Em relação aos algoritmos de controle para filtros ativos, a contribuição consiste em estender o conceito da filtragem harmônica seletiva para compensação de correntes harmônicas e desequilibradas em uma rede trifásica a 4 fios. Esses algoritmos derivam dos conceitos utilizados na teoria da potência instantânea (teoria pq), em conjunto com um circuito de sincronismo PLL. É importante ressaltar que estes algoritmos não utilizam as correntes consumidas pelas cargas, ou seja, apenas as tensões no ponto da rede onde o filtro está conectado são utilizadas para determinação das correntes harmônicas de referência. Apenas as correntes na saída do conversor são utilizadas como realimentação do controle PWM. Estes algoritmos também foram utilizados no filtro híbrido para compensação de correntes harmônicas em uma rede trifásica a 3 fios. Por fim foi feito uma alteração nesses algoritmos de controle que permite eliminar as correntes utilizadas na realimentação do controle PWM. Resultados de simulação são apresentados com objetivo de observar o comportamento desses algoritmos tanto no filtro ativo quanto no híbrido nas condições mencionadas. / This work presents some contributions involving control algorithms for active and hybrid filters connected in 3 or 4-wire three-phase electrical grids. In relation to the control algorithms for active filters, the contribution results from the extension involving the concepts of selective harmonic filtering to compensate unbalanced and harmonic currents in a 4-wire three-phase electrical grid. These algorithms derive from the instantaneous power theory (pq theory) together with a synchronizing PLL-circuit. It is important to mention that these algorithm do not use the currents consumed by the loads, i.e, only the voltages at the point common coupling (PCC) are used to determine the reference harmonic currents. Only the output converter currents were used as a feedback to the PWM control. These algorithms were also employed in a hybrid filter to compensate harmonic currents in a 3-wire three-phase electrical grid. Finally, some improvements on these control algorithms were done, such that the output converter currents used as a feedback of the PWM control were eliminated. Simulations results were provided in order to analyze the behavior of the active and hybrid filters in the aforementioned conditions.

Submitted by isabela.moljf@hotmail.com (isabela.moljf@hotmail.com) on 2017-07-03T11:17:42Z No. of bitstreams: 1 mateusfreitasbraga.pdf: 1732565 bytes, checksum: f8ebb1cc4fe4d9ecbd9cc50ba3eb3f2a (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-08-07T21:17:21Z (GMT) No. of bitstreams: 1 mateusfreitasbraga.pdf: 1732565 bytes, checksum: f8ebb1cc4fe4d9ecbd9cc50ba3eb3f2a (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-07T21:17:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 mateusfreitasbraga.pdf: 1732565 bytes, checksum: f8ebb1cc4fe4d9ecbd9cc50ba3eb3f2a (MD5) Previous issue date: 2017-03-20 / Cresce a cada dia o n úmero de cargas não lineares conectadas aos diversos sistemas el étricos, seja em ní vel de transmissão ou distribui ção. Como consequência desse crescimento, e possí vel encontrar casos de consumidores enfrentando problemas relacionados a desarmes de disjuntores e sobreaquecimento de condutores, entre outros efeitos indesejados. Tomando um desses casos como base para este estudo, esta disserta ção tem o objetivo de avaliar e propor uma solu ção para uma rede monof asica real, que possivelmente e comum a outros consumidores. A carga monof ásica composta por lumin árias a LED (t picas cargas não lineares) e cargas indutivas se apresenta aos terminais da fonte com um comportamento de elevado conte udo harmônico (THD) de corrente e baixo fator de potência. Essa condi ção adversa pode ser mitigada de diversas maneiras, como por exemplo pela a ção de um fi ltro passivo,fi ltro ativo ou ainda fi ltro h brido (o qual e composto por uma combina ção dos dois primeiros). Ser a proposto nesta disserta ção uma metodologia de projeto relacionada a aplica ção de um fi ltro hi brido monof ásico visando corrigir o fator de potência e reduzir o conte udo harmônico de corrente presente na fonte, tomando como base as caracterí sticas do sistema avaliado em uma ind ústria gr áfi ca t ípica. Serão investigadas algumas con gura ções de filtros com o objetivo de mitigar problemas de Qualidade de Energia El étrica. Como consequência, ser a desenvolvida a an álise matem atica da topologia adotada e o projeto do controlador, baseado em um controlador proporcional-ressonante e na Teoria p-q Monof asica. A veri ca ção da solu ção proposta e sustentada pelos resultados de simula ção obtidos via software PSIM. / The amount of non-linear loads connected to the various electrical systems grows on a daily basis, regardless those loads are tied to a transmission or distribution bar. As a consequence of this growth, it is possible to nd cases of consumers facing problems such as tripping of breakers and cables overheating, among other undesired e ects. Taking one of these cases as the focus of this study, this dissertation aims to evaluate and propose a solution to a real single-phase system, which could be considered similar to other consumers. The single-phase load composed of LED luminaires (typical non-linear load) and inductive loads presents high THD and low power factor behavior at source terminals. This condition can be mitigated by using some well-known techniques, such as passive lters, active lters or hybrid lters, (which are composed by the combination of the former two). This Master document Thesis proposes a design methodology of a single-phase hybrid lter aiming power factor correction and reduction of the harmonic content of the current delivered by the AC power supply when feeding a typical printing factory. It will be reviewed and discussed some possible lter con gurations aimed to solve the case under evaluation. It is also included the mathematical analysis of the proposed topology, along with the design of the control system of the inverter. The Single-Phase p-q Theory is reviewed in order to design the control. The closed-loop control is desinged by a proportional-resonant compensator. Simulation results, by employing the PSIM software, are provided aiming to validate the solution proposed.