Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:31Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-02-22Bitstream added on 2014-06-13T20:29:01Z : No. of bitstreams: 1 alves_mg_me_ilha.pdf: 12762635 bytes, checksum: b76892388566205b119c3e34cf5587f8 (MD5) / Considerando-se as políticas mundiais e nacionais com relação às mudanças climáticas decorrentes da ação humana, no contexto da produção e consumo de energia elétrica, novas fontes renováveis e alternativas para a produção de energia elétrica, com menores impactos ambientais e elevadas eficiências têm sido exploradas na literatura científica. Dentro deste contexto é desenvolvido neste trabalho um sistema de geração de energia elétrica de pequeno porte baseado na associação em série de poucos painéis solares fotovoltaicos. São apresentadas análises e simulações de diversas estruturas monofásicas não isoladas que contemplam o estado da arte e integram parte das estruturas mais utilizadas pela indústria. O sistema proposto para operar como Geração Distribuída (GD) é um sistema a duplo estágio, composto pelo conversor elevador Boost entrelaçado e em cascata com o inversor monofásico em ponte completa. O sistema de GD proposto possui um algoritmo tipo P&O (Perturband Observe) para a extração da máxima potência (MPPT – Maximum Power Point Tracking), mesclando o algoritmo P&O para o rastreamento do MPP, com o potencial do algoritmo Vcte (Tensão constante) para o processo de inicialização do sistema, melhorando o aproveitamento da energia advinda dos painéis fotovoltaicos. Além disso, em virtude da necessidade de conexão segura deste sistema à rede pública de distribuição de energia elétrica em corrente alternada, é implementado um método de sincronismo com a rede CA em baixa tensão; além da análise e síntese de um algoritmo híbrido para detecção e proteção de ilhamento, a fim de garantir a segurança do sistema e dos usuários. O controle do conversor, a técnica de MPPT, a detecção e proteção de ilhamento, bem como o sincronismo com a rede em CA, são implementadas... / Considering the global and national policies related to climate change due to human action, in the context of production and consumption of electricity, new renewable and alternative sources for electricity production with less environmental impacts and high efficiencies have been proposed and analyzed in the scientific literature. In this context, this work it is developed a photovoltaic small electrical generation system in order to operate with a few series connected photovoltaic panels. Moreover, it is presented analyses and simulations of several structures that include the state of the art single-phase non-isolated inverters, where the most of them are commonly used by industry. The proposed structure developed to operate as a distributed generation system is a dual-stage converter, composed by an Interleaved Boost Converter cascaded with a single-phase Full-Bridge Inverter. A maximum power point tracking technique is implemented and tested in order to increase energy utilization, mixing the potential of P&O algorithm together with Vcte algorithm. Furthermore, because of safe-operation grid connection necessities this work presents analysis and implementation of a hybrid anti-island detection technique with a synchronization method with the AC public low voltage grid. The converter control system and MPPT techniques, anti-island detection and management system together with the synchronization are implemented digitally... (Complete abstract click electronic access below)

Esta dissertação de mestrado propõe desenvolver a modulação vetorial (space vector – SV) para um inversor trifásico multinível híbrido assimétrico de nove níveis por fase com ponte-H em cascata (cascaded H-bridge – CHB). A verificação do desempenho ocorre através de simulações em software de simulação matemática, e posterior comparações entre duas simulações realizadas, como também a comparação da simulação de melhor desempenho com simulações obtidas com a modulação por síntese de formas de onda quase-quadradas e a modulação híbrida. Para tanto, inicialmente são revisadas as topologias de inversores de frequência mais tradicionais na literatura, identificando as suas características para justificar a escolha da topologia híbrida assimétrica. Posteriomente são revisados os métodos de modulação para inversores de frequência, identificando na modulação vetorial vantagens para sintetização das tensões de linha. Após, são relacioanados trabalhos envolvendo a modulação space vector aplicada em inversores multiníveis. Em seguida, a modulação SV é desenvolvida para o inversor trifásico multinível híbrido assimétrico de nove níveis por fase com ponte-H em cascata, sendo realizadas as seguintes etapas: definição dos possíveis vetores de comutação (estados de chaveamento) do inversor proposto no espaço tridimensional e no plano α-β; identificação dos planos limites e dos planos de separação dos setores no plano α-β; obtenção das matrizes de decomposição e; definição da sequência de comutação. Os resultados, obtidos por meio de software de simulação matemática, dos gráficos das tensões de fase e tensões de linha, assim como os valores de distorção harmônica total (total harmonic distortion – THD), fator de distorção de primeira ordem (first order distortion factor – DF1), tensão de modo comum, espectro harmônico dos sinais das tensões (de fase e de linha) são analisados, sendo os índices de THD, DF1 e tensão de modo comum comparados entre duas sequências de comutação diferentes para o inversor proposto. Também, os valores desses índices são comparados com outras técnicas de modulação (modulação por síntese de formas de onda quase-quadradas (QQ) e a modulação híbrida). O desenvolvimento e os resultados das simulações da modulação SV na topologia híbrida assimétrica de nove níveis proposta, assim como as análises das comparações, apontam resultados satisfatórios, identificando um potencial grandioso da modulação SV desenvolvida. / Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2017-09-29T13:33:41Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Fernando Covolan Rosito.pdf: 6134096 bytes, checksum: e34621dae75a6139302a387eb73107b7 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-29T13:33:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Fernando Covolan Rosito.pdf: 6134096 bytes, checksum: e34621dae75a6139302a387eb73107b7 (MD5) Previous issue date: 2017-09-29 / This dissertation proposes to develop the space vector (SV) modulation for a three phase hybrid asymmetric multilevel inverter of nine levels per phase with cascaded H-bridge (CHB). Performance verification occurs through software simulations, and subsequent comparisons between two simulations performed, as well as the comparison of the best performance simulation with simulations obtained with the step wave modulation and hybrid modulation. To do this, the topologies of more traditional frequency inverters are reviewed in the literature, identifying their characteristics to justify the choice of hybrid asymmetric topology. Subsequently, the modulation methods for frequency inverters are reviewed, identifying the advantages of vector modulation for the synthesis of line voltages. Afterwards, works involving the space vector modulation applied in multilevel inverters are related. Then, the SV modulation is developed for a three phase hybrid asymmetric multilevel inverter of nine levels per phase with cascaded H-bridge (CHB). The following steps are performed: definition of the possible switching vectors (switching states) of the proposed inverter in three-dimensional space and in the plane α-β; identification of boundary planes and separation plans of sectors in the α-β plane; obtaining the decomposition matrices e; definition of the switching sequence. The results, obtained through mathematical simulation software, of the phase voltages and line voltages graphs, as well as the values of total harmonic distortion (THD), first order distortion factor (DF1), common mode voltage, harmonic spectrum of the voltage signals (phase and line) are analyzed, with THD, DF1 and common mode voltage indices being compared between two different switching sequences for the proposed inverter. In addition, the values of these indices are compared with other modulation techniques (step wave modulation and hybrid modulation). The development and results of the SV modulation simulations in the nine-level hybrid asymmetric topology proposed, as well as the comparative analyzes, indicate satisfactory results, identifying a great potential for SV modulation developed.

Orientador: Carlos Alberto Canesin / Banca: Falcondes Jose Mendes de Seixas / Banca: Dionizio Paschoareli Junior / Banca: Ernane Antônio Alves Coelho / Banca: José Demisio da Silva / Resumo: Uma das importantes aplicações dos sistemas inversores está associada ao fornecimento de energia elétrica. Com este foco destacam-se o fornecimento para cargas críticas, o fornecimento em áreas desprovidas dos usuais sistemas de transmissão e distribuição e aplicações com multi-fontes primárias de energia, incluindo-se neste caso, as aplicações para geração distribuída, com possibilidade de conectividade com a rede elétrica de distribuição ou, com o paralelismo entre estruturas isoladas. Atualmente, topologias e filosofias de controle que atendam as características das aplicações supracitadas são de interesse técnico e científico. Neste sentido, a possibilidade de paralelismo entre inversores sem interconexão do controle tem se mostrado atrativa à medida que se exigem sistemas distribuídos e adaptáveis às variações paramétricas do circuito. Entretanto, problemas de estabilidade e resposta dinâmica devem ser solucionados para garantir a confiabilidade de tais sistemas. Sendo assim, neste trabalho inicialmente é realizada a modelação em espaço de estados de sistemas compostos por inversores cuja filosofia de controle esteja embasada nas curvas P- e Q-V. Com esta modelação, tornam-se possíveis avaliações de estabilidade e resposta dinâmica através dos autovalores da matriz de estados. Propõe-se assim a busca da estabilidade dos sistemas com melhores respostas dinâmicas através de alterações nos valores da matriz de estados, resultando-se em autovalores que representem parâmetros de desempenho otimizados. Obviamente que alterações na matriz de estados estão associadas a alterações na planta, contudo, alterações em parâmetros físicos não são interessantes, uma vez que não são simples de serem obtidas na prática. Sendo assim, são propostas alterações nas constantes que definem as inclinações das curvas de controle P- e Q-V... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: One of main applications of inverter systems is associated to electrical energy supply. With this focus it emphasizes the supply of energy to critical loads, the supply of energy to areas devoid of the usual transmission and distribution systems of energy and the use of primary energy in multi-fonts applications, including in this case, distributed generation applications with grid connectivity or, parallelism in stand alone applications. Currently, topologies and control philosophies capable to assure the applications characteristics above mentioned are in technical and scientific interests. In this way, the possibility of inverter parallelism with no control interconnection has showed attractive, since distributed systems and adaptable systems to parametric variations are mandatory nowadays. However, stability troubles and inadequate dynamic responses must be solved to ensure reliability of these systems. So, in this work is performed the state space modeling of systems set by inverters whose control philosophy is based on P- and Q-V curves. With this modeling it becomes possible evaluations of stability and dynamic response through state matrix eigenvalues. Thus, it proposes to assure the systems stability and better dynamic responses through changes on state matrix values, resulting in eigenvalues that represent optimized performance parameters. Obviously those variations in state matrix are associated with plant variations, however, physical parameters variations are not interesting, seeing that it is not simple to be obtained in practical situations. In face of this are proposed variations in constants that define the slopes of P- and Q-V curves. These slopes intervene directly on state matrix values and consequently in systems eigenvalues. The variations on constants are not performed randomly, nevertheless based on evolutionary algorithm capable to search values that represent...(Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Resumo: Em sistemas de bombeamento, a vazão solicitada à bomba nem sempre é constante, normalmente as bombas operam em rotação constante e para obter a variação da vazão, utilizam-se válvulas de estrangulamento na saída. Outro método utilizado é controlar a velocidade do motor através de inversores de freqüência, pois, a variação da vazão é diretamente proporcional à rotação do motor, proporcionando uma maior facilidade de controle e economia de energia, porém, interferindo na qualidade de energia elétrica. Neste contexto, a finalidade deste trabalho foi a comparação do consumo de energia elétrica para dois tipos de controle de vazão em sistemas de bombeamento: por válvula de estrangulamento ou por inversor de freqüência para dois tipos de motores: padrão e de alto rendimento. Comprovou-se que a simples troca de um motor padrão por um motor de alto rendimento gera uma redução de consumo de energia elétrica entre 32,45% a 33,42%, no caso estudado. A substituição do controle de vazão, da válvula de estrangulamento para o controle pelo inversor de freqüência trouxe uma economia de energia elétrica entre 47,18% a 52,22% em determinadas faixas. A substituição do controle de vazão pela válvula e motor padrão para o controle de vazão pelo inversor e motor de alto rendimento gerou uma economia de 67,03%. Para avaliar a influência dos programas de eficiência energética na qualidade da energia foram mensurados valores do fator de potência e dos níveis de distorção harmônica total de corrente e de tensão gerados através de três tipos de acionamento do motor trifásico: partida direta, partida suave e partida com inversor de freqüência, comparando-os com valores da norma brasileira (ANEEL) e de norma internacional (IEC). / Abstract: In pumping systems the flow requested of the pump is not always constant, normally the pumps operate in constant rotation and bottleneck valves are used in order to obtain the flow variation. Controlling the motor speed through variable frequency drives is another used method since the flow variation is directly proporcional to the motor rotation. In this report it was carried out a comparisson of electric power consumption in a pumping system with the flow control by bottleneck valve and by variable frequency drives in order to identify an economically viable range of use. The technical and economical viability of substituting a standard motor for a highperformance motor one was also analysed. It proved that the simple exchange of a standard motor for a high performance one, generates a reduction of electric power consumption between 32.45% a 33.42%, in the studied case. The replacement of the flow control of the bottleneck valve to the variable frequency drives brought a saving of electric power between 47.18% a 52.22% in certain ranges. The replacement of the flow control by the valve and standard motor for the variable frequency drives and the high performance motor generated an economy of 67.03%. It was mensuremented values of power factor and total harmonic distortion of current and voltage generated by three diferent types of starts: direct start, soft-start and variable speed drives start and compared with values of the Brazilian norm (ANEEL) and International norm (IEC) to appraise its influency in energy efficiency programs. / Orientador: Teófilo Miguel de Souza / Coorientador: Pedro Magalhães Sobrinho / Banca: Rubens Alves Dias / Banca: Jamil Haddad / Mestre

Esta pesquisa apresenta um estudo comparativo de inversores monofásicos conectados à rede (sem transformador de acoplamento), empregando geradores fotovoltaicos. Inicialmente é destacada a crescente demanda mundial por energia elétrica e o crescimento da utilização de geração através de fontes renováveis, impulsionando o desenvolvimento dessas tecnologias. Também é apresentado um resumo sobre a geração de energia elétrica fotovoltaica descentralizada, incluindo os principais tipos de sistemas e a sua conexão à rede de distribuição da concessionária. Em busca da redução do custo da energia elétrica produzida com geradores fotovoltaicos, a eliminação do transformador de baixa frequência que conecta o inversor à rede, foi apresentada como uma alternativa interessante. Porém associada à conexão direta do inversor podem surgir correntes de fuga devido à existência de capacitâncias parasitas entre as células fotovoltaicas do painel e o potencial de terra do sistema gerador-rede. Para evitar esses problemas várias modificações no circuito eletrônico dos inversores têm sido propostas visando eliminar variações na tensão de modo comum destes. Esse trabalho busca avaliar algumas destas topologias visando definir parâmetros de desempenho que possam servir como base para a escolha de uma topologia em detrimento as demais para um conjunto de especificações tais como a potência instalada do gerador ou a amplitude da tensão da rede, dentre outros. / This research presents a comparative study of single-phase transformerless grid connected inverters, employing photovoltaic generators. Initially is highlighted the increasing worldwide demand for electricity and the growth of the use of renewable sources, driving the development of these technologies. It is also presented an overview of the photovoltaic decentralized power generation, including the major types of systems and their connection to the utility grid. In order to reduce the electricity cost of photovoltaic generation, the elimination of low frequency transformer that connects the inverter to the grid, was presented as an interesting alternative. But associated with the direct inverter connection, leakage currents may arise due to the existence of parasitic capacitances between the panel photovoltaic cell and the system ground. To avoid these problems, several modifications in the electronic circuit of the inverter have been proposed to eliminate variations in the inverter common mode voltage. This research evaluates some of these topologies in order to define performance parameters that can serve as the basis for choosing a topology over the other for a set of specifications such as the installed power or the amplitude of grid voltage, among others.

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.

Orientador: Carlos Alberto Canesin / Banca: Guilherme de Azevedo e Melo / Banca: Sérgio Augusto Oliveira da Silva / Resumo: Considerando-se as políticas mundiais e nacionais com relação às mudanças climáticas decorrentes da ação humana, no contexto da produção e consumo de energia elétrica, novas fontes renováveis e alternativas para a produção de energia elétrica, com menores impactos ambientais e elevadas eficiências têm sido exploradas na literatura científica. Dentro deste contexto é desenvolvido neste trabalho um sistema de geração de energia elétrica de pequeno porte baseado na associação em série de poucos painéis solares fotovoltaicos. São apresentadas análises e simulações de diversas estruturas monofásicas não isoladas que contemplam o estado da arte e integram parte das estruturas mais utilizadas pela indústria. O sistema proposto para operar como Geração Distribuída (GD) é um sistema a duplo estágio, composto pelo conversor elevador Boost entrelaçado e em cascata com o inversor monofásico em ponte completa. O sistema de GD proposto possui um algoritmo tipo P&O (Perturband Observe) para a extração da máxima potência (MPPT - Maximum Power Point Tracking), mesclando o algoritmo P&O para o rastreamento do MPP, com o potencial do algoritmo Vcte (Tensão constante) para o processo de inicialização do sistema, melhorando o aproveitamento da energia advinda dos painéis fotovoltaicos. Além disso, em virtude da necessidade de conexão segura deste sistema à rede pública de distribuição de energia elétrica em corrente alternada, é implementado um método de sincronismo com a rede CA em baixa tensão; além da análise e síntese de um algoritmo híbrido para detecção e proteção de ilhamento, a fim de garantir a segurança do sistema e dos usuários. O controle do conversor, a técnica de MPPT, a detecção e proteção de ilhamento, bem como o sincronismo com a rede em CA, são implementadas... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Considering the global and national policies related to climate change due to human action, in the context of production and consumption of electricity, new renewable and alternative sources for electricity production with less environmental impacts and high efficiencies have been proposed and analyzed in the scientific literature. In this context, this work it is developed a photovoltaic small electrical generation system in order to operate with a few series connected photovoltaic panels. Moreover, it is presented analyses and simulations of several structures that include the state of the art single-phase non-isolated inverters, where the most of them are commonly used by industry. The proposed structure developed to operate as a distributed generation system is a dual-stage converter, composed by an Interleaved Boost Converter cascaded with a single-phase Full-Bridge Inverter. A maximum power point tracking technique is implemented and tested in order to increase energy utilization, mixing the potential of P&O algorithm together with Vcte algorithm. Furthermore, because of safe-operation grid connection necessities this work presents analysis and implementation of a hybrid anti-island detection technique with a synchronization method with the AC public low voltage grid. The converter control system and MPPT techniques, anti-island detection and management system together with the synchronization are implemented digitally... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Este trabalho apresenta um estudo comparativo, o projeto e a implementação de técnicas de controle lineares e não-lineares aplicadas em conversores estáticos de energia elétrica. O principal objetivo deste estudo é controlar, tanto a tensão de saída como o equilíbrio das tensões dos capacitores do barramento CC (Corrente Contínua) de um inversor NPC (Neutral Point Campled) três níveis monofásico. As técnicas de controle utilizadas são o PID (Proporcional-Integral-Derivativo), o ANLPID-GGF (Adaptive Non Linear PID – Gaussian Like Gain Functions), o LQR (Linear Quadratic Regulator) e o SDRE (State Dependent Riccati Equation). O ANLPID-GGF é uma proposta de otimização do controlador PID convencional utilizando funções de ganhos variáveis. Todos os controladores são projetados para manter os mesmos pólos dominantes (autovalores) do sistema em malha fechada de acordo com o modelo do conversor. Desta forma é possível realizar uma comparação mais coerente entre as quatro técnicas de controles estudadas. Com a determinação dos pólos dominantes do sistema é realizado o projeto dos controladores LQR e SDRE por alocação de pólos. Com o projeto por alocação de pólos pode-se evitar os sobre sinais comuns nas aplicações que utilizam controladores LQR e SDRE. Através da análise comparativa entre os quatro controladores, pode-se identificar as características distintas de cada método. Desta forma, também é proposta uma implementação paralela de controladores onde é feita uma associação ponderada entre as leis de controle, dando origem a uma estratégia de controle adaptativo ponderado que melhora o desempenho do sistema, tanto em tempo de resposta quanto na redução dos overshoots. As quatro técnicas de controle utilizadas e a estratégia proposta do controle adaptativo são implementadas em FPGA (Field Programmable Gate Array), utilizando a ferramenta DSP Builder para desenvolvimento e compilação do código HDL (Linguagem de Descrição de Hardware). Resultados de simulações e experimentais são apresentados com o objetivo de validar o desenvolvimento teórico proposto. / This work presents a comparative study, design and implementation of linear and nonlinear control techniques applied on power electronics converters. The main objective of this study is to control the output voltage and the voltage balance between the DC bus voltage capacitors balance of a three level NPC inverter. The control techniques used are the classic PID, the ANLPID-GGF, LQR and SDRE. The Non-Linear PID – Gaussian Gain Functions is considered a new nonlinear control technique used for optimization of the classic linear PID control. Taken the converter transfer function, the designs of the four controllers are set so the operating point of the closed loop system presents the same natural frequency. Thus, the comparative analysis of the performance of each control can be performed more precisely. The pole placement technique is used to design the LQR and SDRE controllers. By means of a comparative analysis of the controllers, it a parallel combination of the designed controllers is also proposed, yielding a weighted adaptive control system. The weighted adaptive controller improves the system performance, both in response time and in controlled magnitudes overshoots reduction. The four control techniques and the strategy an adaptive control proposed are implemented on FPGA, using the DSP Builder tool for the development and compilation the VHDL code. Simulation results are presented in order to validate the proposed theoretical development.

Este trabalho apresenta um estudo comparativo, o projeto e a implementação de técnicas de controle lineares e não-lineares aplicadas em conversores estáticos de energia elétrica. O principal objetivo deste estudo é controlar, tanto a tensão de saída como o equilíbrio das tensões dos capacitores do barramento CC (Corrente Contínua) de um inversor NPC (Neutral Point Campled) três níveis monofásico. As técnicas de controle utilizadas são o PID (Proporcional-Integral-Derivativo), o ANLPID-GGF (Adaptive Non Linear PID – Gaussian Like Gain Functions), o LQR (Linear Quadratic Regulator) e o SDRE (State Dependent Riccati Equation). O ANLPID-GGF é uma proposta de otimização do controlador PID convencional utilizando funções de ganhos variáveis. Todos os controladores são projetados para manter os mesmos pólos dominantes (autovalores) do sistema em malha fechada de acordo com o modelo do conversor. Desta forma é possível realizar uma comparação mais coerente entre as quatro técnicas de controles estudadas. Com a determinação dos pólos dominantes do sistema é realizado o projeto dos controladores LQR e SDRE por alocação de pólos. Com o projeto por alocação de pólos pode-se evitar os sobre sinais comuns nas aplicações que utilizam controladores LQR e SDRE. Através da análise comparativa entre os quatro controladores, pode-se identificar as características distintas de cada método. Desta forma, também é proposta uma implementação paralela de controladores onde é feita uma associação ponderada entre as leis de controle, dando origem a uma estratégia de controle adaptativo ponderado que melhora o desempenho do sistema, tanto em tempo de resposta quanto na redução dos overshoots. As quatro técnicas de controle utilizadas e a estratégia proposta do controle adaptativo são implementadas em FPGA (Field Programmable Gate Array), utilizando a ferramenta DSP Builder para desenvolvimento e compilação do código HDL (Linguagem de Descrição de Hardware). Resultados de simulações e experimentais são apresentados com o objetivo de validar o desenvolvimento teórico proposto. / This work presents a comparative study, design and implementation of linear and nonlinear control techniques applied on power electronics converters. The main objective of this study is to control the output voltage and the voltage balance between the DC bus voltage capacitors balance of a three level NPC inverter. The control techniques used are the classic PID, the ANLPID-GGF, LQR and SDRE. The Non-Linear PID – Gaussian Gain Functions is considered a new nonlinear control technique used for optimization of the classic linear PID control. Taken the converter transfer function, the designs of the four controllers are set so the operating point of the closed loop system presents the same natural frequency. Thus, the comparative analysis of the performance of each control can be performed more precisely. The pole placement technique is used to design the LQR and SDRE controllers. By means of a comparative analysis of the controllers, it a parallel combination of the designed controllers is also proposed, yielding a weighted adaptive control system. The weighted adaptive controller improves the system performance, both in response time and in controlled magnitudes overshoots reduction. The four control techniques and the strategy an adaptive control proposed are implemented on FPGA, using the DSP Builder tool for the development and compilation the VHDL code. Simulation results are presented in order to validate the proposed theoretical development.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:10Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-07-07Bitstream added on 2014-06-13T20:20:27Z : No. of bitstreams: 1 mesquita_rp_me_guara.pdf: 1170750 bytes, checksum: fa765b6e1b242ea2391a24aa47efeb14 (MD5) / Eletrobras / Em sistemas de bombeamento, a vazão solicitada à bomba nem sempre é constante, normalmente as bombas operam em rotação constante e para obter a variação da vazão, utilizam-se válvulas de estrangulamento na saída. Outro método utilizado é controlar a velocidade do motor através de inversores de freqüência, pois, a variação da vazão é diretamente proporcional à rotação do motor, proporcionando uma maior facilidade de controle e economia de energia, porém, interferindo na qualidade de energia elétrica. Neste contexto, a finalidade deste trabalho foi a comparação do consumo de energia elétrica para dois tipos de controle de vazão em sistemas de bombeamento: por válvula de estrangulamento ou por inversor de freqüência para dois tipos de motores: padrão e de alto rendimento. Comprovou-se que a simples troca de um motor padrão por um motor de alto rendimento gera uma redução de consumo de energia elétrica entre 32,45% a 33,42%, no caso estudado. A substituição do controle de vazão, da válvula de estrangulamento para o controle pelo inversor de freqüência trouxe uma economia de energia elétrica entre 47,18% a 52,22% em determinadas faixas. A substituição do controle de vazão pela válvula e motor padrão para o controle de vazão pelo inversor e motor de alto rendimento gerou uma economia de 67,03%. Para avaliar a influência dos programas de eficiência energética na qualidade da energia foram mensurados valores do fator de potência e dos níveis de distorção harmônica total de corrente e de tensão gerados através de três tipos de acionamento do motor trifásico: partida direta, partida suave e partida com inversor de freqüência, comparando-os com valores da norma brasileira (ANEEL) e de norma internacional (IEC). / In pumping systems the flow requested of the pump is not always constant, normally the pumps operate in constant rotation and bottleneck valves are used in order to obtain the flow variation. Controlling the motor speed through variable frequency drives is another used method since the flow variation is directly proporcional to the motor rotation. In this report it was carried out a comparisson of electric power consumption in a pumping system with the flow control by bottleneck valve and by variable frequency drives in order to identify an economically viable range of use. The technical and economical viability of substituting a standard motor for a highperformance motor one was also analysed. It proved that the simple exchange of a standard motor for a high performance one, generates a reduction of electric power consumption between 32.45% a 33.42%, in the studied case. The replacement of the flow control of the bottleneck valve to the variable frequency drives brought a saving of electric power between 47.18% a 52.22% in certain ranges. The replacement of the flow control by the valve and standard motor for the variable frequency drives and the high performance motor generated an economy of 67.03%. It was mensuremented values of power factor and total harmonic distortion of current and voltage generated by three diferent types of starts: direct start, soft-start and variable speed drives start and compared with values of the Brazilian norm (ANEEL) and International norm (IEC) to appraise its influency in energy efficiency programs.