This research addresses some of the difficulties faced when operating voltage controlled inverters with synchronous generators in microgrids. First, an overview of microgrid value propositions is provided, and the problems faced when attempting to use microgrids to provide improved power quality are discussed. Design considerations for different types of microgrids are provided to enable microgrids to deliver the desired functionality without adding unnecessary cost. The main body of this research investigates the poor transient load sharing encountered between voltage controlled inverters and synchronous generators in islanded operation. Poor transient load sharing results in high peak inverter rating requirements and high cost. The tradeoff between power quality and power sharing is highlighted, and methods to improve transient load sharing are proposed. The use of current limiting to protect inverters during faults and overloads is also investigated. Stability problems are identified when using simple inverter current limiting methods when operating in parallel with synchronous generators. Virtual impedance current limiting is proposed to improve transient stability during current limiting. The methods proposed in this thesis for mitigating inverter overloads and faults will allow for more reliable and cost effective application of inverter based distributed energy resources with synchronous generators in microgrids.

In this thesis, the neutral point potential drift/fluctuation of the three-level neutral point clamped inverter is analyzed and a novel control algorithm, the two-parameter PWM method is proposed to confine the neutral point potential variation to a very small range. The two-parameter PWM method provides superior neutral point potential control performance even with small DC bus capacitors. The method is based on PWM pulse pattern modification and requires no additional hardware. Detailed analytical models of the neutral point current and potential as a function of the modulation parameters are established and the neutral point potential behavior is thoroughly investigated. Based on the study, the deficiency of the known methods is illustrated and the two-parameter PWM method is developed and its superior performance demonstrated. The performance of the two-parameter PWM method is verified by means of computer simulations utilizing both the per-PWM-cycle average model and the detailed model of the inverter. The results are supported by laboratory experiments involving both an R-L load and an induction motor drive.

In this thesis, a practical vector controlled elevator drive is presented. Indirect vector control of induction machine is investigated in theory and then implemented. Control technique is compared with scalar control and induction machine is compared with dc motor. The operation of the system depends on induction machine parameters, so how to accurately and automatically obtaining of the parameters is also presented. Finally, the elevator system is introduced, the application of this control system to the elevator system is described and a basic elevator control system is simulated.

Made available in DSpace on 2016-12-12T20:27:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Luiz Ricardo Lima.pdf: 7933900 bytes, checksum: 225fa96a5d447127d12b2a23f0483893 (MD5) Previous issue date: 2011-08-12 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents a study about the NPC (Neutral Point Clamped) three-level inverter with a modified Undeland snubber and using a Buck-Boost converter to regenerate the energy processed by the snubber. Initially, qualitative and quantitative analysis of this inverter with the presence of the snubber are presented and a project methodology is proposed. The same analysis and project are presented for the Buck-Boost converter and it is shown that this converter can operate under ZVS (Zero Voltage Switching). Next, mathematical models of all circuitry necessary for the realization of the digital control of the inverter are presented and a controller is projected. Using data of the projected NPC inverter, Buck-Boost converter and digital controller, simulation results are presented. These simulations were done using software s Orcad Pspice and Simulink. Finally, implementation details and experimental results of a 1.5 kW, 800 V input voltage, 127 V output voltage and 200 kHz switching frequency prototype are presented. / Este trabalho apresenta um estudo do inversor NPC (Neutral Point Clamped) a três níveis com snubber de Undeland modificado, utilizando um conversor Buck-Boost para regeneração da energia processada pelo snubber. Inicialmente são feitas analises qualitativa e quantitativa desse inversor com a presença do snubber e é apresentada uma metodologia de projeto. As mesmas analises e projeto são feitos para o conversor Buck-Boost e é mostrado como ele pode operar com comutação ZVS (Zero Voltage Switching). A seguir são mostrados os modelos matemáticos de todos os circuitos necessários para se realizar o controle digital do inversor e é apresentado um projeto de controlador digital. Utilizando os dados de projeto do inversor NPC, do conversor Buck-Boost e do controle são apresentados os resultados de simulações feitas nos programas Orcad Pspice e Simulink. Por ultimo, são apresentados detalhes de implementação e resultados experimentais de um protótipo de 1,5 kW, 800 V de tensão de barramento, 127 V de tensão de saída e 200 kHz de freqüência de comutação.

O emprego de ferramentas de automação de projetos de circuitos integrados permitiu que projetos complexos atingissem time-to-market e custos de produção factíveis. Neste contexto, o processo de síntese lógica é uma etapa fundamental no fluxo de projeto. O passo independente de tecnologia (parte do processo de síntese lógica, que é realizada sem considerar características físicas) é tradicionalmente realizado sobre equações. O desenvolvimento de novos algoritmos de otimização multi-nível recentemente migrou para o emprego de And-Inverter Graphs (AIGs). O número de nodos e a altura de um grafo apresentam melhor correlação com os resultados em área e atraso de um circuito, se comparados com as características de outras formas de representação. Neste trabalho, um algoritmo de síntese lógica independente de tecnologia, que funciona sobre uma estrutura de AIGs, é proposto. Uma nova abordagem para a construção de AIGs, baseada no novo paradigma de síntese chamado de composição funcional, é apresentado. Esta abordagem consiste em construir o AIG final através da associação de AIGs mais simples, em uma abordagem bottom-up. Durante a construção do grafo, o método controla as características dos grafos intermediários e finais, a partir da aplicação de uma função de custo, como forma de avaliação da qualidade desses AIGs. O objetivo é a minimização do número de nodos e da altura do AIG final. Este algoritmo de síntese lógica multi-objetivo apresenta características interessantes e vantagens quando comparado com abordagens tradicionais. Além disso, este trabalho apresenta a síntese de funções com múltiplas saídas em AIGs, o que melhora a característica de compartilhamento de estruturas, melhorando o circuito resultante. Resultados mostraram a melhora em torno de 5% em número de nodos, quando comparados com os resultados obtidos com a ferramenta ABC. / The use of design automation tools has allowed complex projects to reach feasible time-to-market and cost parameters. In this context, logic synthesis is a critical procedure in the design flow. The technology independent step (part of the logic synthesis which is performed regardless any physical property) is traditionally performed over equations. The development of new multi-level optimization algorithms has recently shifted towards the use of And-Inverter-Graphs (AIGs). The number of nodes and the graphs depth in AIGs present better correlation with resulting circuit area and delay than any characteristic of other representations. In this work, a technology independent synthesis algorithm that works on top of an AIG data structure is proposed. A novel approach for AIG construction, based on a new synthesis paradigm called functional composition, is introduced. This approach consists in building the final AIG by associating simpler AIGs, in a bottom-up approach. The method controls, during the graphs construction, the characteristics of final and intermediate graphs by applying a cost function as a way to evaluate the quality of those AIGs. The goal is to minimize the number of nodes and the depth of the final AIG. This multi-objective synthesis algorithm has presented interesting features and advantages when compared to traditional approaches. Moreover, this work presents a method for AIGs construction for multiple output functions, which enhances structural sharing, improving the resulting circuit. Results have shown an improvement of around 5% in number of nodes when compared to ABC tool.

O emprego de ferramentas de automação de projetos de circuitos integrados permitiu que projetos complexos atingissem time-to-market e custos de produção factíveis. Neste contexto, o processo de síntese lógica é uma etapa fundamental no fluxo de projeto. O passo independente de tecnologia (parte do processo de síntese lógica, que é realizada sem considerar características físicas) é tradicionalmente realizado sobre equações. O desenvolvimento de novos algoritmos de otimização multi-nível recentemente migrou para o emprego de And-Inverter Graphs (AIGs). O número de nodos e a altura de um grafo apresentam melhor correlação com os resultados em área e atraso de um circuito, se comparados com as características de outras formas de representação. Neste trabalho, um algoritmo de síntese lógica independente de tecnologia, que funciona sobre uma estrutura de AIGs, é proposto. Uma nova abordagem para a construção de AIGs, baseada no novo paradigma de síntese chamado de composição funcional, é apresentado. Esta abordagem consiste em construir o AIG final através da associação de AIGs mais simples, em uma abordagem bottom-up. Durante a construção do grafo, o método controla as características dos grafos intermediários e finais, a partir da aplicação de uma função de custo, como forma de avaliação da qualidade desses AIGs. O objetivo é a minimização do número de nodos e da altura do AIG final. Este algoritmo de síntese lógica multi-objetivo apresenta características interessantes e vantagens quando comparado com abordagens tradicionais. Além disso, este trabalho apresenta a síntese de funções com múltiplas saídas em AIGs, o que melhora a característica de compartilhamento de estruturas, melhorando o circuito resultante. Resultados mostraram a melhora em torno de 5% em número de nodos, quando comparados com os resultados obtidos com a ferramenta ABC. / The use of design automation tools has allowed complex projects to reach feasible time-to-market and cost parameters. In this context, logic synthesis is a critical procedure in the design flow. The technology independent step (part of the logic synthesis which is performed regardless any physical property) is traditionally performed over equations. The development of new multi-level optimization algorithms has recently shifted towards the use of And-Inverter-Graphs (AIGs). The number of nodes and the graphs depth in AIGs present better correlation with resulting circuit area and delay than any characteristic of other representations. In this work, a technology independent synthesis algorithm that works on top of an AIG data structure is proposed. A novel approach for AIG construction, based on a new synthesis paradigm called functional composition, is introduced. This approach consists in building the final AIG by associating simpler AIGs, in a bottom-up approach. The method controls, during the graphs construction, the characteristics of final and intermediate graphs by applying a cost function as a way to evaluate the quality of those AIGs. The goal is to minimize the number of nodes and the depth of the final AIG. This multi-objective synthesis algorithm has presented interesting features and advantages when compared to traditional approaches. Moreover, this work presents a method for AIGs construction for multiple output functions, which enhances structural sharing, improving the resulting circuit. Results have shown an improvement of around 5% in number of nodes when compared to ABC tool.

abstract: With the increasing penetration of Photovoltaic inverters, there is a necessity for recent PV inverters to have smart grid support features for increased power system reliability and security. The grid support features include voltage support, active and reactive power control. These support features mean that inverters should have bidirectional power and communication capabilities. The inverter should be able to communicate with the grid utility and other inverter modules. This thesis studies the real time simulation of smart inverters using PLECS Real Time Box. The real time simulation is performed as a Controller Hardware in the Loop (CHIL) real time simulation. In this thesis, the power stage of the smart inverter is emulated in the PLECS Real Time Box and the controller stage of the inverter is programmed in the Digital Signal Processor (DSP) connected to the real time box. The power stage emulated in the real time box and the controller implemented in the DSP form a closed loop smart inverter. This smart inverter, with power stage and controller together, is then connected to an OPAL-RT simulator which emulates the power distribution system of the Arizona State University Poly campus. The smart inverter then sends and receives commands to supply power and support the grid. The results of the smart inverter with the PLECS Real time box and the smart inverter connected to an emulated distribution system are discussed under various conditions based on the commands received by the smart inverter. / Dissertation/Thesis / Masters Thesis Electrical Engineering 2017

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This document aims to develop an automated test platform for grid-connected photovoltaic inverters. Therefore, it was conducted a study of European, North American and Brazilian standards related in order to compare the Brazilian standard with respect to the others. A comparison between them with respect to the operating limits is presented. Further, the restrictions are evaluated for each equipment used in the testing of PV inverters certification: CA emulator source emulator PV supply, power analyzer, oscilloscope and flickermeter. Finally, it was developed a software for automation of tests, which is applied for supporting the configuration sources processes, acquisition measures and test report generation. This software is evaluated by obtaining experimental tests, whose results are compared with equivalent obtained through non-automated tests, enabling the validation of the system. / Esse trabalho tem como objetivo desenvolver uma bancada de ensaio automatizado para inversores fotovoltaicos conectados à rede elétrica. Para tanto, se realizou um estudo das normas europeias, norteamericanas e brasileiras relacionadas ao assunto com o propósito de comparar a norma brasileira com relação às demais. Uma comparação entre elas no que tange aos limites de operação é apresentado. Na sequência do trabalho são avaliadas as restrições impostas para cada equipamento utilizado no ensaio de certificação de inversores fotovoltaicos, a destacar: fonte emuladora CA, fonte emuladora FV, analisador de energia, osciloscópio e fliquerímetro. Por fim, é desenvolvido um software para automação dos ensaios que é aplicado para auxílio aos processos de configuração de fontes, aquisição de medidas e geração de relatório. Esse software é avaliado através da obtenção de ensaios experimentais, cujos resultados são comparados com equivalentes obtidos através de ensaios não-automatizados, possibilitando a validação do sistema proposto.

Submitted by Maria Suzana Diniz (msuzanad@hotmail.com) on 2015-11-06T15:48:55Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 3791340 bytes, checksum: 58dd4dde93f8552a891a0760151a7c10 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-11-06T15:48:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 3791340 bytes, checksum: 58dd4dde93f8552a891a0760151a7c10 (MD5) Previous issue date: 2015-02-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The interest for the study of multiphase (more than three phases) machines and variable speed drives has substantially increased in the last two decades. The advantages presented by the multiphase systems compared to their three-phase counterparts have being the the main effort to increase researches all over the world. Reduction in torque oscillation, lower current ratings, high drive reliability, better fault tolerance and harmonic content reduction in the DC bus are some of these advantages. The additional degrees of freedom due to extra phases make multiphase systems very flexible when it comes to control systems and modulation strategies. Although three-phase systems are predominant in industrial applications, the use of multiphase machines and drives has increased in very specific areas such as locomotive traction, electric ship propulsion, aerospace industry (more electric aircraft), electric and hybrid vehicles and industrial high power systems. Due to high coupling degree between electric variables in multiphase systems, modeling of multiphase machines has been and still is a challenge task in research centers. In this present work, analitic modeling of symmetric and asymmetric nine-phase machines using natural variables and space vector decomposition are presented. The principles used in the study are the same used for three-phase systems. However, multiphase systems are analised in multiple d-q planes. PWM modulation strategies based on space vectors theory (SVPWM) for a voltage source inverter (VSI) are presented. The multiphase drive system presented works in the linear operation region with sinusoidal voltage generation. Results for both machines and drive modeled are verified by simulation programs developed in C programming language an Matlab. / O interesse pelo estudo de máquinas de indução multifases (mais de três fases) e dos seus sistemas de acionamento cresceu substancialmente nas últimas duas décadas. As muitas vantagens apresentadas pelos sistemas multifases, em relação aos sistemas trifásicos convencionais, têm sido fatores motivadores para o aumento de pesquisas em todo o mundo. Redução das oscilações de torque, redução da corrente por fase, maior confiabilidade do acionamento, grande tolerância à faltas e redução no conteúdo harmônico da corrente no barramento CC são algumas destas vantagens. O maior grau de liberdade proporcionado pelas fases extras torna os sistemas multifases bastante flexíveis quanto às estratégias de modulação e de controle. Apesar da atual predominância da utilização das máquinas e acionamentos trifásicos na indústria, as máquinas multifases estão sendo cada vez mais utilizadas em áreas de aplicações específicas tais como tração de locomotivas, propulsão de navios elétricos de grande porte, indústria aeroespacial, tração de veículos híbridos e elétricos e sistemas industriais de alta potência. Devido ao alto grau de acoplamento entre as variáveis elétricas de um sistema multifases, a modelagem e análise desses sistemas tem representado uma tarefa desafiadora nos centros de pesquisa. No presente trabalho são apresentadas as modelagens analíticas de uma máquina de indução de nove fases simétrica e de uma máquina de nove fases assimétrica pelo método de variáveis naturais e pelo método de decomposição vetorial. Os princípios utilizados na modelagem são os mesmos utilizados nos sistemas trifásicos. No entanto, sistemas multifases são analisados em múltiplos planos d-q. Estratégias de modulação PWM baseadas na teoria de vetores espaciais (SVPWM) para um inversor de nove fases tipo VSI (Inversor Fonte de Tensão) são apresentadas para acionamento das máquinas. O sistema de acionamento apresentado trabalha na região linear de operação e gera tensão de saída senoidal. Dados de simulação obtidos a partir de programas desenvolvidos em linguagem C e Matlab são apresentados para ambas as máquinas de nove fases modeladas.

Thesis (MTech (Faculty of Engineering))--Cape Peninsula University of Technology, 2009.Included bibliographical references (p. 98-99).