[EN] The use of renewable energy sources has a positive impact on the environment and the economy, so that countries with a deficit of fossil fuels can reduce their energy dependence on other countries. Photovoltaic (PV) systems connected to the grid must comply with the current EMC regulations, which regulate the level of distortion of the current injected into the grid, THDi. Moreover, the PV market requires cheaper and more reliable systems. One of the major issues about the reliability of PV inverters is the presence of electrolytic capacitors at the DC-Link feeding the inverter. There is a trend to reduce the required capacitance in order to replace the electrolytic capacitors by film capacitors, which are more durable. Two major effects of the DC-Link capacitance reduction are the increase of the voltage ripple at the capacitors and higher transient variations of that voltage under small operating point changes of the inverter. These variations must be bounded for the proper operation of the inverter. In this Ph.D. thesis the implementation of control structures based on second order generalized integrators (SOGI) are studied. These structures are developed for two-stage PV inverters in order to achieve a higher dynamic response of the DC-Link voltage control. The frequency adaptability of SOGI structures helps to reduce the THDi of the grid injected current in the case of variations of the grid frequency, even under highly distorted grid voltage conditions. Recently, several research works have focused on reducing the number of sensors in the PV inverters, which has a positive impact on costs reduction. Maximum power point tracking (MPPT) algorithms are implemented to optimize the performance of PV systems. Classical MPPT algorithms use current and voltage sensors for estimating the power extracted from the PV panel. MPPT sensorless algorithms that do not require sensors in the PV panel have been developed in this thesis, based on the improvement of the PV inverter voltage control loop achieved by the use of SOGIs. The performance of the proposed MPPT algorithms is similar to that of classical ones, but at a lower cost. Two two-stage PV inverter prototypes have been built for performing experimental tests in order to validate the theoretical studies and proposals presented in this thesis. The specifications of the inverter have been defined to connect a single PV panel of 230W to the grid with high frequency galvanic isolation between the PV panel and the grid. One inverter is equipped with a standard size DC-Link and the other one is equipped with a reduced size DC-Link in order to compare the behavior of both DC-Link sizes. The inverter is operating with current and voltage sensors to measure the extracted power from the PV panel. This implementation allows comparing classical MPPT algorithms, which make use of those sensors, with sensorless MPPT algorithms, working at the same environmental conditions. / [ES] El aprovechamiento de las fuentes de energía renovables tiene un impacto positivo tanto en el medio ambiente como en la economía, de manera que los países deficitarios en combustibles fósiles pueden disminuir su dependencia energética de otros países. Los sistemas fotovoltaicos (PV) conectados a la red eléctrica han de ajustarse al cumplimiento de la normativa vigente de compatibilidad electromagnética, que regula el nivel de distorsión de la corriente inyectada en la red. Además, el mercado demanda sistemas más económicos y más fiables. Uno de los puntos críticos en la fiabilidad de los inversores, es la presencia de condensadores electrolíticos en la DC-Link del convertidor. Se están realizado numerosos estudios para disminuir la capacidad de los condensadores necesaria, con el objetivo de poder sustituir los electrolíticos por condensadores de película, que son más duraderos. La disminución en el tamaño de la DC-Link tiene como consecuencias principales el aumento del rizado de tensión en los condensadores y mayores variaciones del valor medio de la tensión ante pequeños cambios en el punto de trabajo del inversor. Para el correcto funcionamiento del inversor estas variaciones deben estar acotadas. En la presente tesis se estudia la implementación de estructuras de control de la tensión de la DC-Link con mayor respuesta dinámica, orientada a inversores fotovoltaicos de dos etapas. Empleando estructuras basadas en integradores generalizados de segundo orden (SOGI) se ha conseguido inyectar una corriente de muy baja distorsión en la red, incluso funcionando con redes eléctricas con tensión altamente distorsionada. La adaptabilidad en frecuencia de las estructuras SOGI es un factor clave para mantener la eficacia del control de la tensión. Numerosas investigaciones se centran en la reducción del número de sensores de los inversores. Esto tiene un impacto positivo en la reducción de costes. Los algoritmos de seguimiento de máxima potencia (MPPT) clásicos, que se implementan en los inversores para optimizar el rendimiento de los paneles fotovoltaicos, hacen uso de sensores de tensión y corriente para estimar la potencia extraída del panel. En los últimos tiempos se ha desarrollado diversos algoritmos MPPT sensorless que no requieren sensores en el panel fotovoltaico. Las mejoras obtenidas en la presente tesis para el control de la tensión en la DC-Link, han permitido la implementación de un algoritmo MPPT sensorless con prestaciones similares a los algoritmos clásicos, pero con un coste inferior. Se ha realizado ensayos experimentales para validar los estudios y las propuestas realizadas. Para ello se han construido dos prototipos de un inversor fotovoltaico de dos etapas. Las especificaciones del inversor se han definido para conectar a la red un panel de 230W con aislamiento galvánico en alta frecuencia entre el panel y la red. Cada inversor tiene una DC-Link diferente para comparar el efecto entre una DC-Link de tamaño reducido con una DC-Link de tamaño estándar. El inversor está equipado con sensores de tensión y corriente para medir la potencia extraída del panel fotovoltaico. Esto permite comparar, en las mismas condiciones, algoritmos MPPT clásicos que emplean sensores de las magnitudes eléctricas del panel y algoritmos sensorless que no hacen uso de esos sensores. / [CA] L'aprofitament de les fonts d'energia renovables té un impacte positiu, tant en el medi ambient com en l'economia, de manera que els països deficitaris en combustibles fòssils poden disminuir la seua dependència energètica d'altres països. Els sistemes fotovoltaics (PV) connectats a la xarxa elèctrica han d'ajustar-se al compliment de la normativa vigent de compatibilitat electromagnètica, que regula el nivell de distorsió del corrent injectat a la xarxa. A més, el mercat demana sistemes més econòmics i més fiables. Un dels punts crítics de la fiabilitat dels inversors és la presència de condensadors electrolítics en la DC-link dels convertidors. S'estan realitzant nombrosos estudis per disminuir la capacitat dels condensadors necessària amb l'objectiu de substituir els electrolítics per condensadors de pel·lícula, que son més duradors. La disminució en la grandària de la DC-link té com a conseqüència principal l'augment de l'arrissament de la tensió en els condensadors, davant de canvis menuts en el punt de treball de l'inversor. Per al correcte funcionament de l'inversor, aquestes variacions han d'estar acotades. En la present tesi s'estudia la implementació d'estructures de control de la tensió en la DC-link amb major resposta dinàmica, orientada a inversors fotovoltaics de dues etapes. Emprant estructures basades en integradors generalitzats de segon ordre (SOGI) s'ha aconseguit injectar un corrent amb molt baixa distorsió a la xarxa, fins i tot, funcionant amb xarxes elèctriques amb tensió altament distorsionada. L'adaptabilitat en freqüència de les estructures SOGI és un factor clau per mantenir l'eficàcia del control de l'inversor. Nombroses investigacions es centren en la reducció del nombre de sensors dels inversors. Això te un impacte positiu en la reducció de costos. Els algorismes de seguiment de màxima potencia (MPPT) clàssics, que s'implementen en els inversors per optimar el rendiment dels panells fotovoltaics, fan ús de sensors de tensió i corrent per estimar la potència treta del panell. En els últims temps, s'han desenvolupat diversos algoritmes MPPT sensorless, que no requereixen sensors en el panell fotovoltaic. Les millores obtingudes en la present tesi per al control de la tensió en la DC-link han permès la implementació d'un algorisme MPPT sensorless amb prestacions similars als algorismes clàssics, però amb un cost inferior. S'han realitzat assajos experimentals per validar els estudis i les propostes realitzades. Per a això, s'han construït dos prototips d'un inversor fotovoltaic de dues etapes. Les especificacions de l'inversor s'han definit per connectar a la xarxa un panell de 230W amb aïllament galvànic d'alta freqüència entre el panell i la xarxa. Cada inversor té una DC-link diferent per comparar l'efecte entre una DC-link de grandària reduïda amb una DC-link de grandària estàndard. L'inversor està equipat amb sensors de tensió i corrent per mesurar la potència treta del panell fotovoltaic. Això permet comparar, en les mateixes condicions, algorismes MPPT clàssics que empren ambdós sensors i algorismes sensorless que no fan ús d'aquests. / González Medina, R. (2015). Estudio y evaluación de prestaciones estáticas y dinámicas de los integradores generalizados de segundo orden en las estructuras de control de inversores fotovoltaicos de dos etapas con conexión a red [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/57487 / TESIS / Premios Extraordinarios de tesis doctorales

Orientador: Carlos Alberto Canesin / Resumo: Frente aos novos desafios impostos ao cenário energético mundial, esta tese de doutorado implementa e analisa uma micro-rede de geração distribuída (GD), com acumulação e capacidade de operação conectada ou desconectada da rede de distribuição de energia elétrica (RDEE). A energia é fornecida à RDEE através de seis inversores monofásicos, constituindo uma rede trifásica, sendo três deles com capacidade de operação ilhada e conectada, e outros três com características de fonte de corrente que podem injetar energia de forma controlada, ativa ou reativa, no ponto de conexão comum (PCC). Através do sistema de acumulação com baterias do tipo chumbo-ácido, também é possível que o sistema minimize o consumo de energia da RDEE, mesmo quando não há energia solar, extraindo potência das baterias. Tendo em vista que a quase totalidade dos inversores utilizados em um sistema de GD fornecem somente potência ativa, ou trabalhem com fator de potência fixo, este trabalho também implementa o controle dinâmico de P e Q na micro-rede, atuando como compensador de tensão no PCC e promovendo melhorias na qualidade da energia elétrica. A micro-rede é gerenciada por um programa desenvolvido para o controle de todos os dispositivos essenciais presentes na GD, incluindo controle da carga e descarga do sistema de acumulação, controle dos contatores de conexão de todo o sistema, e controle do firmware dos inversores conectados, permitindo total liberdade de gestão da energia disponível, resultando numa ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Considering the new challenges imposed in the energetic scenario around the world, this PhD thesis implements and analyzes a micro-grid of Distributed Generation (DG) plant with accumulation and capability of operation connected or islanded from the electric power distribution grid. The system will supply power to the utility grid and local loads through six single-phase inverters, constituting a three-phase system, among which three are with capability to operate in islanded and connected mode, and the other three single-phase inverters with current source characteristic that can inject active or reactive power in a controlled manner at the point of common coupling (PCC). Through the accumulation system with lead-acid batteries technology, it is also possible that the system minimizes the utility grid consumption, though without solar energy. Given that most of the available inverters for DG are designed only to provide active power or to operate with a fixed power factor, this work, in the meantime, implements the dynamic control of the supplied active and reactive power (P and Q) in micro-grid, acting as a voltage compensator at the PCC to improve the quality of electric power. The micro-grid is managed by software designed to control and communicate with all essential devices in DG, including control of charge and discharge of the accumulation system, control of the whole system connection contactors, and the firmware control of grid connected inverters, which allow a wid... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Submitted by JOSÉ CARLOS UGAZ PEÑA null (josecarlos84@gmail.com) on 2016-06-20T13:29:30Z No. of bitstreams: 1 Tese_JoseCarlosPena_PPGEE.pdf: 9650212 bytes, checksum: 77b105d009c0b473cbc424e681ebe9a5 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-06-22T13:10:00Z (GMT) No. of bitstreams: 1 pena_jcu_dr_ilha.pdf: 9650212 bytes, checksum: 77b105d009c0b473cbc424e681ebe9a5 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-22T13:10:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 pena_jcu_dr_ilha.pdf: 9650212 bytes, checksum: 77b105d009c0b473cbc424e681ebe9a5 (MD5) Previous issue date: 2016-06-02 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Os inversores fonte de tensão com filtro de saída LCL (VSI+LCL) são amplamente utilizados em sistemas de geração distribuída. Nestas aplicações o sistema é controlado como uma fonte de corrente, no entanto, há a possibilidade de controlar o conjunto como uma fonte de tensão. Desta forma, a mencionada configuração pode ser utilizada em geração distribuída no ambiente de microrredes onde os sistemas, monofásicos ou trifásicos, devem operar conectados à rede de distribuição elétrica com controle das potências injetadas (ativa e reativa) e serem capazes de, em ausência da rede, passar a operar no modo autônomo. Ainda, após o restabelecimento da rede, o controle deve levar o sistema a operar novamente no modo conectado. Sendo as transições realizadas sem transientes que possam danificar qualquer componente do sistema. O filtro LCL, de terceira ordem, caracteriza um comportamento ressonante que pode comprometer a estabilidade do sistema. Para resolver esta situação, diversas técnicas ativas e passivas são aplicadas. Para aplicações de baixa potência, preferem-se as técnicas passivas de amortecimento devido a sua simplicidade e baixo custo, porém estas implicam em perdas adicionais. Já as técnicas ativas de amortecimento, consideram procedimentos de controle para atenuar a ressonância, e, portanto, não adicionam perdas, porém, sua realização requer da realimentação de variáveis adicionais elevando assim o custo do sistema. Todavia, mesmo que aplicáveis a ambos os modos de operação, as técnicas de amortecimento disponíveis na literatura consideram apenas um modo de operação. O presente trabalho de doutorado explora a possibilidade de controlar sistemas VSI+LCL, monofásicos e trifásicos, em ambos os modos de operação, com atenção a objetivos específicos em cada modo e transições suaves entre estes. Assim, são apresentadas duas estratégias de controle. A primeira estratégia considera o amortecimento da ressonância por técnicas passivas, mediante a utilização de um ramo de amortecimento de segunda ordem, projetado para garantir o efeito desejado em ambos os modos de operação e simplificar a dinâmica do sistema a fim de facilitar o projeto dos controladores, abordagem não utilizada nos métodos conhecidos na literatura. Logo, o sistema amortecido é controlado em uma configuração de duas malhas, controlando a corrente injetada mediante a tensão no capacitor. A segunda estratégia proposta considera a utilização de controladores por realimentação de estados em tempo discreto, sintetizados mediante desigualdades matriciais lineares, para simultaneamente, realizar ativamente o amortecimento da ressonância e atender os objetivos de controle em ambos os modos de operação. Ambas as estratégias propostas consideram controladores ressonantes com o objetivo de rastrear sinais senoidais de referência com erro nulo e suprimir componentes harmônicos de baixa ordem na corrente de saída. Ainda, os controladores são projetados considerando a necessidade de garantir a estabilidade robusta do sistema, isto é, frente a perturbações externas (tais como variações na carga local, oscilações na tensão do barramento CC ou distúrbios na rede) e às variações em parâmetros do sistema, como a indutância de rede. As propostas são apresentadas em detalhe, incluindo os procedimentos de projeto assim como critérios para a geração e coordenação dos sinais de controle e referência. As estratégias propostas são avaliadas experimentalmente sendo os resultados obtidos discutidos e analisados considerando-se as respectivas normas para os casos de operação conectada e ilhada. / The voltage source inverter utilization with LCL filters (VSI+LCL) is extended in Distributed Electrical Energy Systems. In these applications, the system is controlled as a current source, however, it can also be controlled as a voltage source. Hence, this configuration is suitable for microgrids environment. In this scenario, the system should operate connected to utility grid with control of the supplied power (active or reactive) and also be capable, in case of grid absence, to operate in islanded mode. Then, if the grid is reestablished, system should be reconnected to grid. Moreover, these transitions should be smooth, with no hazardous transients. The third order filter leads to a resonant behavior that can compromise the system stability. In order to overcome this limitation, passive and active damping methods are used. In low power applications, passive damping methods are preferred due to their simplicity and low. Nevertheless, these methods lead to additional losses. On the other hand, active damping methods consider the feedback of additional variables in order to damp the resonance in closed loop, with no additional losses. This implies additional sensors, thus increasing the overall cost. Despite their effectiveness to damp the resonance in both autonomous and grid connected applications, the most of the damping methods are usually designed only for a specific operation mode. This work explores the possibility to control VSI+LCL systems, single and three-phase, in both operation modes, attending to specific goals in each one, and with smooth transitions between them. For that purpose, two control strategies are proposed. The first one considers passive damping methods, by using a second order damping branch which is designed in order to guarantee the desired effect in both operation modes, thus simplifying the system dynamics in order to ease the control. This approach is not known in the literature. Then, the damped system is controlled in a two loop strategy, where the output current is controlled by means of the capacitor voltage. The second strategy considers the utilization of discrete time state-feedback controllers, synthesized by Linear Matrix Inequalities, in order to simultaneously achieve the active damping and the control goals for both operation modes. The proposed strategies use resonant controllers in order to achieve the tracking of sinusoidal references and to suppress low order harmonics in the output current. Moreover, controllers are designed to achieve robust stability of the system, thus, even in front of external disturbances (such as local load variations, DC bus oscillations or grid disturbances) and variation on system parameters, such as the grid inductance. The two introduced strategies are detailed including the design procedure and the criterion to generate and coordinate the reference and control signals. The two proposed strategies were experimentally verified. The results were analyzed and compared to the requirements imposed by the related standards for both modes of operation. / CNPq: 141757/2012-4

Submitted by MARCOS GUTIERREZ ALVES null (mmarkos.alves@gmail.com) on 2017-10-18T17:25:15Z No. of bitstreams: 1 Marcos Gutierrez Alves - Tese.pdf: 10359243 bytes, checksum: 24da24ccb395d0581201cc49607f4bf6 (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-10-23T18:18:25Z (GMT) No. of bitstreams: 1 alves_mg_dr_ilha.pdf: 10359243 bytes, checksum: 24da24ccb395d0581201cc49607f4bf6 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-23T18:18:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 alves_mg_dr_ilha.pdf: 10359243 bytes, checksum: 24da24ccb395d0581201cc49607f4bf6 (MD5) Previous issue date: 2017-08-21 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Frente aos novos desafios impostos ao cenário energético mundial, esta tese de doutorado implementa e analisa uma micro-rede de geração distribuída (GD), com acumulação e capacidade de operação conectada ou desconectada da rede de distribuição de energia elétrica (RDEE). A energia é fornecida à RDEE através de seis inversores monofásicos, constituindo uma rede trifásica, sendo três deles com capacidade de operação ilhada e conectada, e outros três com características de fonte de corrente que podem injetar energia de forma controlada, ativa ou reativa, no ponto de conexão comum (PCC). Através do sistema de acumulação com baterias do tipo chumbo-ácido, também é possível que o sistema minimize o consumo de energia da RDEE, mesmo quando não há energia solar, extraindo potência das baterias. Tendo em vista que a quase totalidade dos inversores utilizados em um sistema de GD fornecem somente potência ativa, ou trabalhem com fator de potência fixo, este trabalho também implementa o controle dinâmico de P e Q na micro-rede, atuando como compensador de tensão no PCC e promovendo melhorias na qualidade da energia elétrica. A micro-rede é gerenciada por um programa desenvolvido para o controle de todos os dispositivos essenciais presentes na GD, incluindo controle da carga e descarga do sistema de acumulação, controle dos contatores de conexão de todo o sistema, e controle do firmware dos inversores conectados, permitindo total liberdade de gestão da energia disponível, resultando numa importante ferramenta acadêmica de aprendizagem. Adicionalmente, a planta de GD é monitorada por meio de um programa de aquisição de dados do fluxo de energia elétrica que flui entre a GD e a RDEE, armazenando os dados relevantes em um banco de dados de informações para análises em longo prazo. É apresentada uma revisão bibliográfica para o cenário energético mundial e no Brasil, além das configurações de micro-rede com GD mais utilizadas no setor atualmente. O diagrama geral da micro-rede com GD é exposto, com descrição de cada equipamento e dimensionamento das fontes de energia solar. Finalmente, resultados experimentais e estruturas dos códigos são apresentados e discutidos. / Considering the new challenges imposed in the energetic scenario around the world, this PhD thesis implements and analyzes a micro-grid of Distributed Generation (DG) plant with accumulation and capability of operation connected or islanded from the electric power distribution grid. The system will supply power to the utility grid and local loads through six single-phase inverters, constituting a three-phase system, among which three are with capability to operate in islanded and connected mode, and the other three single-phase inverters with current source characteristic that can inject active or reactive power in a controlled manner at the point of common coupling (PCC). Through the accumulation system with lead-acid batteries technology, it is also possible that the system minimizes the utility grid consumption, though without solar energy. Given that most of the available inverters for DG are designed only to provide active power or to operate with a fixed power factor, this work, in the meantime, implements the dynamic control of the supplied active and reactive power (P and Q) in micro-grid, acting as a voltage compensator at the PCC to improve the quality of electric power. The micro-grid is managed by software designed to control and communicate with all essential devices in DG, including control of charge and discharge of the accumulation system, control of the whole system connection contactors, and the firmware control of grid connected inverters, which allow a wide control over the available energy and provide a significant academic studying platform. In addition, the energy flow between the DG and the utility grid is monitored through a power quality monitoring device, which is capable to send daily reports by email. In this way, a program was developed to store and recover all the relevant data in a database for the long-term analysis, compiling the results for easy interpretation. A literature review is presented for the world energy scenario, with more focus in Brazil, besides the micro-grid configurations with DG most used in the sector currently. This work also shows the general diagram of the micro-grid with DG describing the equipment and dimensioning the solar energy sources. Finally, it demonstrates and discusses experimental results and code structures.

Orientador: Carlos Alberto Canesin / Resumo: Os inversores fonte de tensão com filtro de saída LCL (VSI+LCL) são amplamente utilizados em sistemas de geração distribuída. Nestas aplicações o sistema é controlado como uma fonte de corrente, no entanto, há a possibilidade de controlar o conjunto como uma fonte de tensão. Desta forma, a mencionada configuração pode ser utilizada em geração distribuída no ambiente de microrredes onde os sistemas, monofásicos ou trifásicos, devem operar conectados à rede de distribuição elétrica com controle das potências injetadas (ativa e reativa) e serem capazes de, em ausência da rede, passar a operar no modo autônomo. Ainda, após o restabelecimento da rede, o controle deve levar o sistema a operar novamente no modo conectado. Sendo as transições realizadas sem transientes que possam danificar qualquer componente do sistema. O filtro LCL, de terceira ordem, caracteriza um comportamento ressonante que pode comprometer a estabilidade do sistema. Para resolver esta situação, diversas técnicas ativas e passivas são aplicadas. Para aplicações de baixa potência, preferem-se as técnicas passivas de amortecimento devido a sua simplicidade e baixo custo, porém estas implicam em perdas adicionais. Já as técnicas ativas de amortecimento, consideram procedimentos de controle para atenuar a ressonância, e, portanto, não adicionam perdas, porém, sua realização requer da realimentação de variáveis adicionais elevando assim o custo do sistema. Todavia, mesmo que aplicáveis a ambos os modos de operação,... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The voltage source inverter utilization with LCL filters (VSI+LCL) is extended in Distributed Electrical Energy Systems. In these applications, the system is controlled as a current source, however, it can also be controlled as a voltage source. Hence, this configuration is suitable for microgrids environment. In this scenario, the system should operate connected to utility grid with control of the supplied power (active or reactive) and also be capable, in case of grid absence, to operate in islanded mode. Then, if the grid is reestablished, system should be reconnected to grid. Moreover, these transitions should be smooth, with no hazardous transients. The third order filter leads to a resonant behavior that can compromise the system stability. In order to overcome this limitation, passive and active damping methods are used. In low power applications, passive damping methods are preferred due to their simplicity and low. Nevertheless, these methods lead to additional losses. On the other hand, active damping methods consider the feedback of additional variables in order to damp the resonance in closed loop, with no additional losses. This implies additional sensors, thus increasing the overall cost. Despite their effectiveness to damp the resonance in both autonomous and grid connected applications, the most of the damping methods are usually designed only for a specific operation mode. This work explores the possibility to control VSI+LCL systems, single and three-phase... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Desde a idealização das máquinas elétricas girantes, o motor de indução linear (MIL) fora também considerado viável e, ao longo do tempo, foi pesquisado e foram desenvolvidas novas tecnologias para sua melhoria e para o seu acionamento. Muitos trabalhos acadêmicos foram realizados em todos os centros de pesquisa do mundo e, no Brasil, os primeiros a estudá-lo com rigor científico foram os professores Morency Arouca e Délio Pereira Guerrini, no início da década de 70, no departamento de Engenharia Elétrica da EESC/USP. Até hoje no Brasil, pouco se desenvolve neste campo de estudo da Engenharia Elétrica e, quando se desenvolve, ficam restritos à simulações e levantamentos de parâmetros característicos aos MIL\'s específicos. O presente trabalho tem como objetivo fazer uma explanação teórica e matemática que servirá de base ao estudo e compreensão do MIL e propor uma aplicação ao mesmo: o MIL acionado por inversor de freqüência e utilizado para obtenção de posicionamento com auxílio de simulação computacional de algumas malhas de controle para tal posicionamento. / Since the rotating machines had been idealized, the Linear Induction Motor (LIM) has been researched and, along the time, new technologies are being developed in order to improve it. Many academic works were accomplished in several research centers and universities around the world. In Brazil, the first ones to study it with scientific approach were Professors Morency Arouca and Délio Pereira Guerrini, in the early 70\'s. Even nowadays, works are seldom developed, and most of them are dedicated to simulation of the LIM or obtaining of parameters of specific LIM\'s. The present work has as objective to study the mathematical and theoretical modeling, which will be used as basis in order to study and understand the LIM and to propose an application: the LIM fed by Frequency Inverter, used in order to obtain positioning, with simulation of specific control systems.

A instalação de geração distribuída nas redes de distribuição e de subtransmissão de energia elétrica tem apresentado significativo crescimento em âmbito mundial, impulsionada pelos benefícios que pode proporcionar aos sistemas elétricos, pela necessidade de diversificação da matriz energética dos países, pela desregulamentação do setor de energia elétrica em diversos países e pela necessidade de gerar energia elétrica de forma sustentável. No entanto, para que os geradores distribuídos possam de fato beneficiar a operação das redes elétricas, seus impactos técnicos devem ser cuidadosamente estudados, sobretudo em redes de distribuição, as quais foram inicialmente planejadas para operar com fluxo de potência unidirecional. Dentre esses impactos, destaca-se a elevação do nível de curto-circuito da rede, pois correntes de curto-circuito com valores elevados podem causar violação das capacidades dos equipamentos em suportar os esforços térmicos e dinâmicos e também provocar a perda da coordenação entre os dispositivos de proteção contra sobrecorrente. Neste contexto, este trabalho analisa a influência de geradores distribuídos baseados em inversores na corrente de curto-circuito trifásica em um sistema de distribuição de energia, e sobretudo, comprova que sua contribuição no valor da corrente de falta não supera o dobro de sua corrente nominal. Além disso, com base nesta comprovação, apresenta duas estratégias para inserção desse tipo de gerador nos cálculos de curto-circuito de um sistema de distribuição de energia elétrica. As duas estratégias apresentam resultados satisfatórios, utilizam conceitos básicos de circuitos elétricos, independem de dados minuciosos dos inversores e são validadas através de aplicações numéricas com resultados confrontados aos obtidos das simulações. / The installation of distributed generation in distribution and subtransmission systems has shown significant growth worldwide, driven by the benefits it can provide to electrical systems, the need to diversify the energy sources, deregulation of the electricity industry in several countries and the need to generate electricity in a sustainable manner. However, in order to evaluate if distributed generators benefit the operation of power networks, their technical impacts should be carefully studied, especially in distribution networks, which were originally designed to operate with unidirectional power flow. Among the aforementioned impacts, there is the increase of the short circuit level in the distribution network, since high short-circuit currents may exceed the capabilities of equipment to support the dynamic and thermal stresses and also cause loss of coordination between the overcurrent protection devices. Within this context, this thesis analyzes the influence of inverter based distributed generators on three-phase short circuit currents in a power distribution systems. Especially it confirms that the contribution to the fault current does not exceed twice its rated value. Furthermore, based on this issue, this work presents two strategies for the inclusion of this type of generator in short circuit calculations. Both strategies presented satisfactory results, use basic concepts of electrical circuits, they do not depend on detailed data from the inverters and the results are validated by using simulation results.

A instalação de geração distribuída nas redes de distribuição e de subtransmissão de energia elétrica tem apresentado significativo crescimento em âmbito mundial, impulsionada pelos benefícios que pode proporcionar aos sistemas elétricos, pela necessidade de diversificação da matriz energética dos países, pela desregulamentação do setor de energia elétrica em diversos países e pela necessidade de gerar energia elétrica de forma sustentável. No entanto, para que os geradores distribuídos possam de fato beneficiar a operação das redes elétricas, seus impactos técnicos devem ser cuidadosamente estudados, sobretudo em redes de distribuição, as quais foram inicialmente planejadas para operar com fluxo de potência unidirecional. Dentre esses impactos, destaca-se a elevação do nível de curto-circuito da rede, pois correntes de curto-circuito com valores elevados podem causar violação das capacidades dos equipamentos em suportar os esforços térmicos e dinâmicos e também provocar a perda da coordenação entre os dispositivos de proteção contra sobrecorrente. Neste contexto, este trabalho analisa a influência de geradores distribuídos baseados em inversores na corrente de curto-circuito trifásica em um sistema de distribuição de energia, e sobretudo, comprova que sua contribuição no valor da corrente de falta não supera o dobro de sua corrente nominal. Além disso, com base nesta comprovação, apresenta duas estratégias para inserção desse tipo de gerador nos cálculos de curto-circuito de um sistema de distribuição de energia elétrica. As duas estratégias apresentam resultados satisfatórios, utilizam conceitos básicos de circuitos elétricos, independem de dados minuciosos dos inversores e são validadas através de aplicações numéricas com resultados confrontados aos obtidos das simulações. / The installation of distributed generation in distribution and subtransmission systems has shown significant growth worldwide, driven by the benefits it can provide to electrical systems, the need to diversify the energy sources, deregulation of the electricity industry in several countries and the need to generate electricity in a sustainable manner. However, in order to evaluate if distributed generators benefit the operation of power networks, their technical impacts should be carefully studied, especially in distribution networks, which were originally designed to operate with unidirectional power flow. Among the aforementioned impacts, there is the increase of the short circuit level in the distribution network, since high short-circuit currents may exceed the capabilities of equipment to support the dynamic and thermal stresses and also cause loss of coordination between the overcurrent protection devices. Within this context, this thesis analyzes the influence of inverter based distributed generators on three-phase short circuit currents in a power distribution systems. Especially it confirms that the contribution to the fault current does not exceed twice its rated value. Furthermore, based on this issue, this work presents two strategies for the inclusion of this type of generator in short circuit calculations. Both strategies presented satisfactory results, use basic concepts of electrical circuits, they do not depend on detailed data from the inverters and the results are validated by using simulation results.

As máquinas elétricas rotativas são hoje a principal forma de transformação da energia elétrica em mecânica motriz e os motores de indução trifásicos têm grande relevância dentro do setor produtivo. A garantia de um correto funcionamento torna-se vital para eficácia e competitividade da empresa dentro do setor fabril. Assim sendo, um correto diagnóstico e classificação de falhas de funcionamento dos motores em operação pode fornecer maior segurança no processo de tomada de decisão sobre a manutenção, aumentar a produtividade e eliminar os riscos e os danos aos processos como um todo. A proposição deste trabalho baseia-se na análise das correntes de estator no domínio da frequência com sinais injetados na máquina juntamente com a modulação de alimentação para o diagnóstico do motor sem defeitos, com falhas de curtocircuito nos enrolamentos do estator e com falhas de rotor. A proposta é validada numa ampla faixa de frequências de operação bem como de regimes de conjugado de carga. São analisados os desempenhos individuais de cinco técnicas de classificadores de padrões, sendo proposta a utilização de: i) Perceptron Multicamadas, ii) Máquina de Vetores de Suporte, iii) k-Vizinhos Próximos, iv) Árvore de Decisão C 4.5 e v) Naive Bayes. Complementarmente, é desenvolvido um comparativo dos métodos de classificação de padrões para avaliar a precisão de classificação frente aos diversos níveis de severidade das falhas. Resultados experimentais com motor de 1 cv são apresentados para validar a proposta. / Rotating electric machines are today the main form of transformation of electrical energy in motor mechanics and three-phase induction motors have great relevance within the productive sector. Thus a correct diagnosis and classification of failures of the engines in operation can provide security in the decision making process on maintenance, increase productivity and eliminate risks and damages to processes as a whole. The purpose of this paper is based on the analysis of the stator currents in the frequency domain with signals injected into the machine together with the power modulation for the diagnosis of motor faultless, stator winding short-circuit faults and rotor faults. Considering also, for validation of the proposal is validated on a broad range frequency of operation as well as load torque. We analyze the individual performances of five standard classifier techniques, proposing the use of: i) Multilayers Perceptron, ii) Support Vector Machine, iii) k-Nearest Neighbor, iv) C 4.5 Decision Tree and v) Naive Bayes. Complementarily, a comparison of the methods of classification of standards is developed to evaluate the accuracy of classification against the different levels of severity of the failures. Experimental results with 735.5 w and 1.471 w engines are presented to validate the proposal.

El principal objetivo de esta Tesis ha sido establecer nuevas estrategias de control para convertidores de potencia simples y paralelizados, que siguen consignes variables en el tiempo.En la Tesis Doctoral se propone una metodología para la síntesis de controladores basados en la linealització por realimentación usando el promediado de estados del convertidor. Esta técnica presenta la ventaja de conseguir controladores sencillos de implementar y que no necesitan sensado de corriente. Esta técnica se ha probado con éxito obteniendo resultados satisfactorios para el caso de seguimiento de señal en convertidores CC/CA y CA/CC, y en la paralelización de estos convertidores.Los objetivos de la investigación han sido los siguientes: a) La síntesis de controladores basados en el modo deslizante y la linealización por realimentación. b) La aplicación de estas estrategias de control para onduladores, filtros activos y rectificadores con elevado factor de potencia. c) La extensión de estos controles a sistemas modulares formados por diversos convertidores en paralelo. d) La simulación de los controles y verificación experimental de los mas representativos, implementándolos digitalmente en una DSP.Estos objetivos se han desarrollado y han quedado plasmados en la redacción de esta Tesis Doctoral y en las diversas publicaciones que se citan en la bibliografía particular de los autores.La metodología que hemos usado en nuestra investigación se puede desglosar en los siguientes puntos:1. Modelado del convertidor o sistema de convertidores.2. Síntesis de los controladores utilizando las técnicas de control seleccionadas para cada casuística.3. Simulación del sistema, obteniendo así sus características dinámicas, a la vez que se valida el controlador.4. Verificación experimental de los resultados de simulación.Las diferentes fases de la Tesis se han desarrollado siguiendo aproximadamente el orden de los capítulos del documento: El primer capítulo expone el alcance de la Tesis y el estado del arte en la tecnología de control de los sistemas que se trataran. En el segundo capítulo se exponen las ideas del seguimiento en la teoría del control.En el tercer capítulo se desarrolla la teoría básica del control no lineal, haciendo especial énfasis en el control en modo deslizante y el control de linealización por realimentación, que serán aplicados a diversos tipos de convertidores electrónicos de potencia.En el cuarto capítulo se aplican las técnicas de control no lineal a los rectificadores con elevado factor de potencia.En el quinto capítulo se trata de los onduladores y se desarrollan diversos controles no lineales para su control.En el sexto capítulo se trata de los filtros activos correctores de la distorsión harmónica de la corriente de red y diversos controles aplicados.En el séptimo capítulo se trata del diseño de controles para la paralelización de convertidores de potencia con consignas variables en el tiempo.El último capítulo aborda las conclusiones de la Tesis y los futuros caminos para la investigación en este campo abiertos por la Tesis doctoral. / The main objective of this Thesis was obtain new control strategies for simple power converters and for converters in parallel.We propose a methodology to synthesize controllers based in feedback linearization, using the converter state averaging. This technique presents the advantage of obtain simple implementation controllers, and that avoids the use of current sensors. This technique was successfully used in this work, with satisfying results for AC/DC converters and DC/AC converters. Good performance was obtained too in the control of multi-module systems, composed of some converters in parallel.The research objectives of the Thesis are the following:a) The controller synthesis, using sliding mode control and feedback linearization.b) The application of this control strategies to inverters, active filters and rectifiers with unity power factor.c) The extension of this controls to modular systems.d) The controller simulation and experimental verification, implementing the control in a DSP platform.Our research methodology was:a) The converter modeling.b) The controller synthesis, using the optimal control techniques for each purpose.c) The system simulation, obtaining its dynamic characteristics to validate the controller.d) The experimental verification of the simulation results.The different stages of the Thesis were developed following approximately the chapter's order of the Thesis document: The first chapter exposes the objectives of the Thesis. The state of the art in the control technology for the converters to study is presented too. The second chapter explains the main objectives in the control theory for signal following converters.The third chapter develops the basic non-linear control theory, with special emphasis in sliding mode control and feedback linearization control.In the fourth chapter the non-linear techniques are used for unity power factor rectifier control synthesis.In the fifth chapter we develop some non-linear controllers for inverters.In the sixth chapter some active filter controls are designed.In the seventh chapter we develop non-linear controllers for power converters in parallel.The conclusions and future perspectives are exposed in the last chapter.