Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / Ingeniero Civil Electricista / Las microrredes se presentan como una solución frente a los problemas de integración de energías renovables a los sistemas, alimentación de zonas aisladas y una alimentación eléctrica sin interrupciones. Una solución para ello es la implementación de sistemas de control jerárquicos compuestos por un control primario, un control secundario y un control terciario. En general se trabaja con un control primario mediante curvas de estatismo que permite evitar el uso de líneas de comunicación al ser un control distribuido; y un control secundario y terciario centralizados cuyas funciones son restaurar la frecuencia y voltaje a su valor nominal y optimizar la operación de la microrred en cuanto a características económicas. En esta tesis se presenta un sistema de control de tres niveles, de los que se diseña e implementa en Simulink el control primario y secundario, dejando planteada la conexión con el terciario. El control primario utilizado es distribuido, opera mediante curvas de estatismo y tiene la función de permitir compartir potencia entre los inversores; en cambio, el control secundario es centralizado y restablece el voltaje y frecuencia de un sistema a sus valores nominales. El control terciario consiste en un EMS que minimiza los costos de operación de la microrred de acuerdo a predicciones de los recursos disponibles y sus costos. El problema en estudio se compone de dos partes. En primer lugar, se debe analizar la estabilidad de la microrred, para lo cual ésta se analiza de forma independiente en el control primario y secundario. Para ello, el primario utiliza un análisis de estabilidad en pequeña señal, mientras que el secundario un análisis de polos a través de la ecuación característica del sistema. En segundo lugar se estudia el retardo en la comunicación entre el control secundario de frecuencia y los inversores, para lo que se estudian estrategias de control que utilizan predictor de Smith y variaciones éste, así como también control predictivo. Los resultados obtenidos permiten observar que el sistema comparte carga de acuerdo a lo indicado por la teoría, independiente de la carga conectada a cada inversor y los valores de potencia máxima de cada uno, manteniéndose la estabilidad del sistema. Además, se presenta el controlador PI con predictor de Smith con filtro pasa-bajo como la solución al problema de retardo en la comunicación debido a que al ser diseñado para un retardo dado es más robusto que los otros controladores, ya que a medida que aumenta el retardo de la planta y se mantiene el de diseño mantiene la estabilidad para retardos mayores que los otros controladores, sin tener un tiempo de estabilización mayor como ocurre con el controlador predictivo. Finalmente, la simulación permite comprobar que se cumplen los valores máximos determinados mediante un estudio de sensibilidad del sistema, así como también los valores de diseño de los controladores.

Actualmente, los microinversores están expuesto a grandes variaciones debido a su conexión con la red eléctrica y diversas cargas que reducen la calidad de la energía. Estas ondulaciones son mitigadas empleando capacitores electrolíticos de gran volumen para regular la variación de tensión en el DC-Link (DCL) del microinversor. Por desgracia, este tipo de capacitores limitan el tiempo de vida útil de estos sistemas. Para eliminar la necesidad de uso de estos capacitores es necesario disminuir su volumen, por lo que se requiere el uso de filtros activos controlados para compensar las variaciones de potencia, lo cual implica más hardware, o implementar un controlador que sea capaz de controlar una fuente ondulación en el capacitor DC-Link. Se propone un nuevo controlador para un microinversor bidireccional monofásico de dos etapas que permite el uso de capacitores fílmicos y opera como compensador de armónicos, reduciendo la distorsión armónica total (THD) y pudiendo trabajar como corrector de factor de potencia (PFC) para cargas no lineales, mejorando la calidad de la energía en sistemas tipo smart-grid. La primera etapa consiste en un conversor triple puente activo (TAB) DC/DC que conecta dos arreglos de baterías a diferentes condiciones de tensión y corriente y al capacitor fílmico DCL. La segunda etapa es un inversor de fuente de tensión (VSI) que conecta al DCL y a la red eléctrica con una carga no lineal. Los resultados son validados en simulación demostrando su eficacia para eliminar el THD y, en caso se desee, su funcionamiento como PFC sin el uso de capacitores electrolíticos. / Tesis

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T06:04:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 241259.pdf: 5101216 bytes, checksum: 5182eb5955d83babed3156b7095d4447 (MD5) / O objetivo principal deste trabalho é o de estudar novas soluções para a implementação de conversores CC-CA's bidirecionais isolados compostos a partir de conversores CC-CC bidirecionais básicos. O primeiro passo é o de realizar uma revisão bibliográfica apresentada no capítulo I, que é de fundamental importância para se ter uma visão do que já havia sido proposto até então. No capítulo II, são abordados os conversores CC-CC's bidirecionais básicos onde foram analisadas as principais formas de ondas destes conversores. As possíveis soluções para se implementar os conversores CC-CA's a partir dos conversores CC-CC básicos são apresentadas no capítulo III. O conversor CC-CC Fyback bidirecional é estudado no capítulo IV. Onde é apresentado um estudo mais aprofundado sobre este conversor com a realização de análise das etapas de operação e simulações à vazio, com carga resistiva, com carga capacitiva e com carga não-linear. O conversor SEPIC CC-CA bidirecional isolado é estudado no capítulo V onde é levantada a função de transferência do conversor assim como o equacionamento matemático desuas principais formas de onda. No capítulo VI são mostrados os resultados experimentais obtidos com a implementação de dois protótipos do conversor SEPIC CC-CA bidirecional. O capítulo VII aborda alguns tópicos complementares como a associação de conversores, conversores trifásicos e reticadores.

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-09-21T17:18:48Z No. of bitstreams: 1 JOÃO HELDER GONZAGA MUNIZ DA SILVA - DISSERTAÇÃO (PPGEEI) 2016.pdf: 5964138 bytes, checksum: e0f1b793c6851d1c5ab1ec454862dfae (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-21T17:18:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JOÃO HELDER GONZAGA MUNIZ DA SILVA - DISSERTAÇÃO (PPGEEI) 2016.pdf: 5964138 bytes, checksum: e0f1b793c6851d1c5ab1ec454862dfae (MD5) Previous issue date: 2016-11-14 / Os inversores multiníveis foram introduzidos como uma alternativa para o aumento da qualidade e da eficiência dos sistemas alimentados por inversores. Dependendo do nível de tensão c.c. do barramento aplicado ao inversor, pode ser inevitável a utilização de topologias multi-níveis. Estas topologias possibilitam a redução da tensão sobre cada um destes dispositivos. Contudo, uma quantidade maior de interruptores não só aumenta o custo final do inversor, como também requer o uso de estratégias mais complexas de modulação e controle. Ainda, alguns pontos inerentes aos inversores multiníveis como: redução da tensão de modo-comum, tolerância à faltas e desbalanceamento das tensões dos capacitores, entre outros, precisam ser investigados. Neste cenário, são de muito interesse os estudos de novas topologias multiníveis, além de novas técnicas de modulação simplificadas. Neste trabalho serão estudados inversores multiníveis com diferentes princípios de operação, abordando topologias híbridas formadas pelo empilhamento de células dois níveis. A primeira delas, consiste de um inversor monofásico de quatro níveis em ponte. Este inversor é composto de um braço de dois níveis e um braço de três níveis apresentando mesma tensão de bloqueio para todas as haves. Na segunda topologia, os pontos centrais de cada um dos braços são conectados ao mesmo ponto, com o braço externo envolvendo o interno, representando uma estrutura pouco investigada. Esta topologia necessita de chaves bidirecionais para tornar possível seu correto funcionamento. É feito ainda um estudo de um inversor de 2/3 níveis, onde é proposto um algoritmo de modulação simplificado, onde consegue-se uma significativa redução no número de operações realizados. Por fim, é estudado um inversor multinível simétrico híbrido baseado nas topologias meia-ponte e ANPC, onde são propostas duas alterações na topologia que juntamente com a modificação do padrão de chaveamento, fornece um melhor controle no balanceamento das tensões dos capacitores, além de reduzir a quantidade de fontes c.c. utilizadas pelo mesmo. / Multilevel inverters are an alternative for both quality and efficiency increase of inverter fed systems. Depending on the voltage level c.c. of the bus applied to the inverter, the usage of multilevel topologies is inevitable. Those topologies reduce the voltage over each of those devices. However, a higher quantity of switches increases the inverters final cost, and requires more complex approaches for control and modulation. Also, few inherent aspects of the multilevel inverters including: reduction of the common-mode voltage, fault tolerance and unbalance capacitors voltages, among other, need to be investigated. In this scenario, new multilevel topologies have great interest, also with new and simplified modulation techniques. In this work we study multilevel inverter with different operational principles, formed by formed by stacking two levels cells. The first one, consist of a single-phase inverter with a four level bridge. This inverter is composed of a two level leg and a three level leg, presenting the same blocking voltage for all the switches. In the second topology, every central point of each of the leg is connected into a common single point, with the extern leg over the intern one, a structure poorly studied. This topology needs bidirectional switches for a correct well function. A study of the 2/3 level inverter is done, in which a signicant redution of the operation numbers is a chieved. Finally, a hybrid symmetricmultilevel inverter is studied based on both half-bridge and ANPC topologies, in which two changes in the topology are proposed alongside with some changes in the switching standard. This provides a better control in the capacitors voltage balance, and reduces the amount of sources c.c. used by them.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma metodologia para a etiquetagem e qualificação de inversores para Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede, com finalidade de servir de proposta de procedimento para inclusão no Regulamento de Avaliação de Conformidade de Equipamentos e Sistemas Fotovoltaicos do Programa Brasileiro de Etiquetagem. O procedimento desenvolvido avalia os inversores quanto à eficiência, qualidade de energia, proteções e informações operacionais e de instalação. / This work presents the development of a methodology for qualification and labeling of inverters for grid-connected photovoltaic systems, aiming serving as procedural proposal for inclusion in the Conformity Assessment Rules of Equipments and Photovoltaic Systems of the Brazilian Labeling Program. The developed procedure evaluates the inverters efficiency, power quality, protections and operational and installation information.

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Cargas e fontes elétricas de pequeno porte, integradas através de alimentadores de distribuição de baixa tensão, agrupadas e gerenciadas de tal maneira que se comportem como uma única entidade controlável dentro de um sistema de potência e com a capacidade de operar de forma paralela ou isolada da rede elétrica convencional, constituem-se em um novo tipo de sistema elétrico conhecido como Minirrede. Esta tese aborda o problema relacionado à estabilidade dinâmica de Minirredes com controle autônomo de frequência e tensão, quando operadas de forma isolada da rede convencional. As minirredes analisadas são compostas por combinações de fontes elétricas convencionais e fontes alternativas que não geram naturalmente em 50 ou 60 Hz, sendo necessária a utilização de inversores para sua conexão com a rede elétrica. A análise se realiza no espaço de estados com metodologias baseadas nas teorias que envolvem os autovalores e autovetores da matriz de estado. Para isto, modelos no espaço de estados são desenvolvidos para cada componente da Minirrede, mantendo um compromisso entre precisão e complexidade. O caráter analítico da análise permite investigar a relação entre a estabilidade da Minirrede e os parâmetros do sistema, tais como ganhos dos controladores, dimensionamento da rede, configurações de geração, entre outros. Análises complementares de sensibilidade dos autovalores aos parâmetros elétricos do sistema permitem inferir o comportamento dinâmico de diversas configurações de Minirredes, obtendo-se importantes conclusões à respeito. Os resultados analíticos são verificados através de simulação computacional no ambiente Simulink/Matlab®. / Electrical loads and small power sources, integrated through low voltage distribution feeders, managed in such a way to behave as one controllable entity within in a power system, and with the ability to operate connected or non-connected to the conventional power system is a new kind of electrical system known as Microgrid. This thesis addresses the problem related to dynamic stability of island Microgrids with autonomous control of frequency and voltage. The Microgrids analyzed are composed of combinations of conventional and alternative power sources that do not generate electricity naturally in 50 or 60 Hz, therefore inverters are needed to provide AC network interface. The analysis is performed in the state space with methodologies based on theories involving the eigenvalues and eigenvectors of the state matrix. For this, state-space models are developed for each component of Microgrid, maintaining a compromise between accuracy and complexity. The analytical nature of this study allows investigating the relationship between the stability of Microgrid and parameters of the system, such as controller gains, network design, generation architectures, among others. Complementary sensitivity analyzes of eigenvalues to the electrical parameters of the system allow us to infer the dynamic behavior of various configurations of Microgrids, obtaining important conclusions on the matter. The analytical results are verified by computer simulation using the platform Simulink/Matlab®.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma metodologia para a etiquetagem e qualificação de inversores para Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede, com finalidade de servir de proposta de procedimento para inclusão no Regulamento de Avaliação de Conformidade de Equipamentos e Sistemas Fotovoltaicos do Programa Brasileiro de Etiquetagem. O procedimento desenvolvido avalia os inversores quanto à eficiência, qualidade de energia, proteções e informações operacionais e de instalação. / This work presents the development of a methodology for qualification and labeling of inverters for grid-connected photovoltaic systems, aiming serving as procedural proposal for inclusion in the Conformity Assessment Rules of Equipments and Photovoltaic Systems of the Brazilian Labeling Program. The developed procedure evaluates the inverters efficiency, power quality, protections and operational and installation information.

Orientador: Carlos Alberto Canesin / Banca: Falcondes José Mendes de Seixas / Banca: Guilherme de Azevedo e Melo / Banca: João Batista Vieira Junior / Banca: Luiz Carlos de Freitas / Resumo: Esta proposta de tese se baseia na necessidade atual e tendência mundial na busca por sistemas cada vez mais eficientes e que se baseiem em fontes de energia alternativas menos poluentes, renováveis e que produzam pouco impacto ambiental. Desta forma, são desenvolvidos sistemas de geração de energia elétrica de pequeno porte baseado em painéis solares fotovoltaicos. Com o intuito de aumentar o rendimento e a densidade de potência dos sistemas, são apresentadas novas estruturas de inversores monofásicos e trifásicos integrados para aplicação como sistemas isolados e/ou conectados à rede de distribuição em corrente alternada (CA), operando como sistemas de geração distribuídos. Os inversores integrados são apresentados com o intuito de substituir os usuais sistemas de conversão de energia a duplo estágio. Incorporado aos inversores integrados são implementados métodos e dispositivos para extração da máxima potência possível dos painéis fotovoltaicos (algoritmo de MPPT), aumentando assim o aproveitamento de energia advinda destes painéis. Além disso, em virtude da necessidade de conexão segura destes sistemas à rede de distribuição de energia elétrica em corrente alternada, são realizadas análises e a implementação de métodos de sincronismo com a rede de CA em baixa tensão; além da análise e síntese de métodos híbridos para detecção e gestão do efeito de ilhamento, a fim de garantir a segurança do sistema. O controle dos conversores e as técnicas de MPPT, gestão e detecção de ilhamento, bem como de sincronismo com a rede em CA são implementadas de forma digital, com o objetivo de propiciar maior flexibilidade na concepção das lógicas de controle adequadas às aplicações propostas. Finalmente, destaca-se que o trabalho trouxe contribuições significativas para a melhoria na implementação... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work is based on the actual necessity and world tendency for high-efficiency systems based on renewable energy sources which are less pollutant and produces little environmental impact, and, for this purpose, it is developed some photovoltaic electrical generation systems to operate as a small distribution generation system (DG). With the purpose to increase efficiency and power density, new single-phase and three-phase integrated inverter topologies are presented for operating as stand-alone and/or grid-connected systems. The main idea of these inverters is the replacement of the conventional two-stage cascaded solutions. Main maximum power point tracking techniques are implemented and tested in order to increase energy utilization. Furthermore, because of safe-operation grid connection necessities this work presents analysis and implementation of active and hybrid anti-island detection techniques and synchronization methods with the AC low voltage grid. The converters control system and MPPT techniques, anti-island detection and management system together with the synchronization are implemented digitally, with the purpose of increasing flexibility for the overall control circuitry. Finally, this work has presented significant contributions regarding the P&O and IC based on PI MPPT techniques and has presented the integration procedures in order to obtain new families of single and three-phase inverters. Moreover, this is the first thesis that has presented the tri-state three-phase inverters injecting power into the grid. These inverters have inovations at its control and modulation that permit the input to... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:51Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-06-25Bitstream added on 2014-06-13T20:40:37Z : No. of bitstreams: 1 brito_mag_dr_ilha.pdf: 5064752 bytes, checksum: 82cb4f68cac0b9124f16164ae4f2e99d (MD5) / Esta proposta de tese se baseia na necessidade atual e tendência mundial na busca por sistemas cada vez mais eficientes e que se baseiem em fontes de energia alternativas menos poluentes, renováveis e que produzam pouco impacto ambiental. Desta forma, são desenvolvidos sistemas de geração de energia elétrica de pequeno porte baseado em painéis solares fotovoltaicos. Com o intuito de aumentar o rendimento e a densidade de potência dos sistemas, são apresentadas novas estruturas de inversores monofásicos e trifásicos integrados para aplicação como sistemas isolados e/ou conectados à rede de distribuição em corrente alternada (CA), operando como sistemas de geração distribuídos. Os inversores integrados são apresentados com o intuito de substituir os usuais sistemas de conversão de energia a duplo estágio. Incorporado aos inversores integrados são implementados métodos e dispositivos para extração da máxima potência possível dos painéis fotovoltaicos (algoritmo de MPPT), aumentando assim o aproveitamento de energia advinda destes painéis. Além disso, em virtude da necessidade de conexão segura destes sistemas à rede de distribuição de energia elétrica em corrente alternada, são realizadas análises e a implementação de métodos de sincronismo com a rede de CA em baixa tensão; além da análise e síntese de métodos híbridos para detecção e gestão do efeito de ilhamento, a fim de garantir a segurança do sistema. O controle dos conversores e as técnicas de MPPT, gestão e detecção de ilhamento, bem como de sincronismo com a rede em CA são implementadas de forma digital, com o objetivo de propiciar maior flexibilidade na concepção das lógicas de controle adequadas às aplicações propostas. Finalmente, destaca-se que o trabalho trouxe contribuições significativas para a melhoria na implementação... / This work is based on the actual necessity and world tendency for high-efficiency systems based on renewable energy sources which are less pollutant and produces little environmental impact, and, for this purpose, it is developed some photovoltaic electrical generation systems to operate as a small distribution generation system (DG). With the purpose to increase efficiency and power density, new single-phase and three-phase integrated inverter topologies are presented for operating as stand-alone and/or grid-connected systems. The main idea of these inverters is the replacement of the conventional two-stage cascaded solutions. Main maximum power point tracking techniques are implemented and tested in order to increase energy utilization. Furthermore, because of safe-operation grid connection necessities this work presents analysis and implementation of active and hybrid anti-island detection techniques and synchronization methods with the AC low voltage grid. The converters control system and MPPT techniques, anti-island detection and management system together with the synchronization are implemented digitally, with the purpose of increasing flexibility for the overall control circuitry. Finally, this work has presented significant contributions regarding the P&O and IC based on PI MPPT techniques and has presented the integration procedures in order to obtain new families of single and three-phase inverters. Moreover, this is the first thesis that has presented the tri-state three-phase inverters injecting power into the grid. These inverters have inovations at its control and modulation that permit the input to... (Complete abstract click electronic access below)