This diploma thesis describes ocean freight LCL export shipment from the Czech republic to USA. Freight forwarder not only arranges the transportation, he can also offer complementary services like warehousing, packing or customs clearance of shipment. After definition of freight forwarding I described current situation on the ocean freight transportation market, especially infrastrucuture and means of transportation. There are more strict rules for shipments imported to USA. In cooperation with customs declaration I tried to describe all the steps, that are necessary to start arranging export shipment. The last part of diploma thesis describes specific business case of arranging LCL export shipment to USA.

Grid-connected inverters have wide application in the field of distributed generation and power quality. As the power level demanded by these applications increase, the design and performance evaluation of these converters become important. In the present work, a 50 kVA three-phase back-to-back connected inverter with output LCL filter is built to study design and performance evaluation aspects of grid-connected inverters. The first part of the work explores the split-capacitor resistive-inductive (SC-RL) passive damping scheme for the output LCL filter of a three-phase grid-connected inverter. The low losses in the SC-RL scheme makes it suitable for high power applications. The SCRL damped LCL filter is modelled using state space approach. Using this model, the power loss and damping are analysed. A method for component selection that minimizes the power loss in the damping resistors while keeping the system well damped is proposed. Analytical results show the losses to be in the range of 0.05-0.1% and the quality factor to be in the range of 2.0-2.5. These results are validated experimentally. In the second part of the work, a test method to evaluate the thermal performance of the semi-conductor devices of a three-phase grid-connected inverter is proposed. The method eliminates the need for high power sources, loads or any additional power converters for circulation of power. Only energy corresponding to the losses is consumed. The capability of the method to evaluate the thermal performance of the DC bus capacitors and the output filter components is also explored. The method can be used with different inverter configurations -three-wire or four-wire and for different PWM techniques. The method has been experimentally validated at a power level of 24kVA. In the third part of the work, the back-to-back connected inverter is programmed as a hardware grid simulator. The hardware grid simulator emulates the real-time grid and helps create grid disturbances often observed at the point of common coupling in an ac low voltage grid. A novel disturbance generation algorithm has been developed, analysed and implemented in digital controller using finite state machine model for control of the grid simulator. A wide range of disturbance conditions can be created using the developed algorithm. Experimental tests have been done on a linear purely resistive load, a non-linear diode-bridge load and a current-controlled inverter load to validate the programmed features of the grid simulator.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This thesis addresses the design of adaptive current controllers applied for voltagesource grid-connected converters with LCL-filter. Due to the grid equivalent impedance uncertainty and/or variation at the point of connection, the current controller of such converters may become unstable or have a poor performance with fixed-gain controllers because the grid impedance is part of the dynamic model. So, adaptive control techniques are proposed to ensure stability and performance of current controllers for grid-connected converter with LCL-filter even without knowledge of the grid equivalent impedance. Continuous time adaptive control, from the theoretical point of view, is a well established control technique. However, in this application, a discrete-time current controller is implemented. There are some differences between discrete-time and continuous-time adaptive controllers. When the controlled variable is the converter current, a model reference adaptive state feedback is proposed. The adaptation algorithm, responsible to update the gains in real-time, consists on a recursive least-squares (RLS) algorithm. When the controlled variable is the grid current, a model reference adaptive state feedback is also used. However, the RLS algorithm has some modifications to keep the controller robust under unmodeled dynamics. The RLS algorithm is used because it has better parametric convergence characteristics compared to other algorithms. The grid voltage disturbance is rejected making some small modifications on the controller structure. Simulation results are validated by experimental results in a 5,5kW three-phase grid-connected converter, which shows good convergence and steady state stability of the adaptive controllers. Finally, some comparisons with fixed gain current controllers are presented to show de advantages and disadvantages of each controller. / Esta tese trata do projeto de controladores adaptativos aplicados a conversores estáticos alimentados em tensão conectados à rede elétrica através de filtro LCL. Devido às características incertas e/ou variantes da impedância equivalente da rede no ponto de conexão de conversores estáticos, o controle da corrente de tais conversores pode se tornar instável ou o desempenho pode ser degradado com a utilização de controladores com ganhos fixos, pois a característica da rede faz parte do modelo dinâmico. Com base nisso, é proposto o uso de técnicas de controle adaptativo para garantir a estabilidade e o desempenho do controlador de corrente de conversores conectados à rede mesmo sem o conhecimento da sua impedância equivalente. Controle adaptativo em tempo contínuo, no ponto de vista teórico, é uma técnica de controle bem consolidada. No entanto, na aplicação em questão, o controlador de corrente é implementado em tempo discreto. Controle adaptativo em tempo discreto apresenta algumas diferenças quanto aos controladores em tempo contínuo. Quando a variável de controle é a corrente do conversor, é proposta a utilização de uma retroação de estados adaptativa por modelo de referência cujo adaptador, responsável por atualizar os ganhos em tempo real, consiste em um algoritmo recursivo por mínimos quadrados (RLS). Quando a variável de controle é a corrente da rede, também é utilizada uma retroação de estados adaptativa por modelo de referência, porém o algoritmo RLS apresenta modificações para torná-lo robusto à dinâmicas não modeladas. O algoritmo RLS é utilizado por ter melhores características de convergência paramétrica se comparado a outros algoritmos. O distúrbio de tensão da rede é rejeitado fazendo-se algumas modificações na estrutura da lei de controle. Os resultados de simulação são validados através de resultados experimentais em um conversor de potência nominal de 5,5kW, os quais mostram as características promissoras dos controladores de corrente adaptativos. Por fim, são apresentadas comparações com controladores de corrente de ganhos fixos, mostrando as vantagens e desvantagens de cada uma dos controladores.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work provides as a main contribution a procedure to design robust state feedback current controllers applied to inverters connected to the grid by means of LCL filters, providing results which comply with performance requirements from the IEEE Standard 1547. First, the plant is modeled in the state space and discretized including a delay of one sample from the control signal implementation, and including in the augmented system a set of resonant controllers of arbitrary dimension. The uncertainty on the grid inductance is modeled, leading to a polytopic description of the augmented system. A state feedback controller is then used. The gains of this controller are determined by means of conditions based on linear matrix inequalities, which ensure the location of the eigenvalues in circular region inside the unit circle for the closed-loop system. The simulation results with this controller in the time domain and also in the frequency domain indicate good transient and steady state performances, tracking of sinusoidal reference and rejection of harmonics from the grid. The simulation results are corroborated experimentally, using a digital signal processor for the implementation of the control law. An example of design of a non robust controller, designed for a nominal value of the grid inductance, is presented, showing that this controller leads to instability for values of grid inductance different from the nominal, which emphasizes the importance of the use of robust controllers for this application. Also is presented a performance analysis based on the H1 norm that illustrates the effect of parametric uncertainties on the closed-loop disturbance rejection capacity. An extension for the control of three-phase inverters are presented. The three-phase robust controller is validated by means of simulations and experimental results similar with the results obtained for the single-phase case. / Este trabalho traz como principal contribuição um procedimento de projeto de controladores de corrente robustos por realimentação de estados aplicados a inversores conectados à rede por meio de filtro LCL, fornecendo resultados que cumprem exigências de desempenho da norma IEEE Standard 1547. Primeiramente, a planta é modelada no espaço de estados e discretizada, incluindo um atraso de uma amostra na implementação do sinal de controle, e um conjunto de controladores ressonantes de dimensão arbitrária. A incerteza na indutância da rede é modelada, levando a uma descrição politópica do sistema. Um controlador por realimentação de estados é então utilizado. Os ganhos deste controlador são calculados por meio de condições baseadas em desigualdades matriciais lineares, que garantem a alocação dos autovalores de malha fechada em regiões circulares dentro do círculo de raio unitário. Os resultados de simulação deste controlador indicam bom desempenho em transitórios e em regime permanente, rastreamento da referência senoidal e rejeição de harmônicas da rede. Os resultados de simulação são comprovados experimentalmente, utilizando um processador digital de sinais para implementação da lei de controle. Um exemplo de projeto de um controlador não robusto, projetado para um valor nominal da indutância da rede, é apresentado, mostrando que este controlador leva à instabilidade para valores de indutância de rede diferentes do nominal, o que reforça a importância do uso de controladores robustos. Também é apresentada uma análise de desempenho utilizando a norma H1 para ilustrar o efeito de incertezas paramétricas na capacidade de rejeição de distúrbios do sistema em malha fechada. Uma extensão para o controle de inversores trifásicos é realizada. O controlador robusto trifásico é validado por meio de simulações e resultados experimentais semelhantes aos obtidos para o caso monofásico, indicando a viabilidade da técnica também para o caso multivariável.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This Master Thesis presents the development of a grid-connected transformerless three-phase photovoltaic inverter. The Neutral Point Clamped (NPC) three-level inverter was chosen for implementation. The grid connection is made with a modified LCL filter (MLCL), where the common point of the output filter capacitors is connected directly to the dc bus central point (neutral point). The MLCL filter reduces the leakage current of photovoltaic system and attenuates the current harmonics injected in the grid. A passive damping of MLCL filter resonance peak was employed in order to avoid instability in the grid connection. In this sense, this Master Thesis contributes proposing a passive damping design method which is based not only on the stability requirement, but also considers the leakage current of photovoltaic system, once that passive damping impacts on the high frequency components of voltage on parasitic capacitance. Therefore, based on leakage current limit and current loop stability, a range for the damping resistance was obtained. The control system of the threephase inverter was developed in a synchronous reference frame (dq0), where the proper alignment with the grid voltage reference vector allows the independent control of active and reactive power inject in the grid. Simulation and experimental results are shown to evaluate the inverter performance and to validate the theoretical analysis. / Esta Dissertação de Mestrado apresenta o desenvolvimento de um inversor fotovoltaico trifásico não isolado conectado à rede. A topologia desenvolvida foi a de um inversor trifásico três níveis com ponto neutro grampeado (NPC Neutral Point Clamped). A conexão com a rede é feita através de um filtro LCL modificado (LCLM), que possui o ponto comum dos seus capacitores conectado ao ponto central do barramento CC do inversor. O filtro LCLM possui a finalidade de reduzir a corrente de fuga do sistema fotovoltaico ao mesmo tempo em que atenua os harmônicos de corrente injetados na rede. De modo a evitar problemas de instabilidade da malha de corrente do inversor, um sistema de amortecimento passivo do pico de ressonância do filtro LCLM foi empregado. Neste sentido, esta Dissertação de Mestrado contribui propondo um método de projeto do amortecimento passivo que se baseia não somente no critério de estabilidade, mas que também considera a corrente de fuga do sistema fotovoltaico, uma vez que o amortecimento impacta na atenuação das componentes de alta frequência da tensão sobre a capacitância parasita dos módulos fotovoltaicos. Com isso, uma faixa de valores para a resistência de amortecimento foi obtida a partir do limite permitido para a corrente de fuga e da estabilidade da malha de corrente. O sistema de controle do inversor trifásico foi desenvolvido com base no sistema de coordenadas síncronas dq0, cujo correto alinhamento com o vetor de referência das tensões da rede permite o controle independente das potências ativa e reativa injetadas na rede. Resultados experimentais e de simulação são apresentados de modo a comprovar o desempenho do inversor trifásico.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This dissertation deals with the design of a robust current control loop applied to voltage source inverters connected to the grid thought LCL-filter used in distributed generation systems. The utilization of the LCL-filter bring the need of damping the characteristic resonance of the filter. Two alternatives are generally considered in the literature. The passive damping, that add a passive element, generally a resistor or a additional passive element in the filter circuit and the active damping, that introduce a specific controller in the inverter current control loop. The active damping present more flexibility in the implementation and do not present energy losses like passive damping, so is the preferred damping method in high power applications. The main challenge to the damping method is keep the performance and avoid instability and controllers interactions even when impedance variations occur in the grid. In this dissertation, are proposed two control schemes for achieve the active damping of the filter resonance. In the first one, a robust partial state feedback is derived to allocate the poles of the LCL-filter inside the unity ratio circle for a given grid impedance variation. The feedback gains are obtained by a LMI condition that assure robust pole location in a pre-establish region of the unity ratio circle. In the second method, is proposed a predictive state estimator based on the multirate observers theory. This estimator allow feeding back the estimated stated by the measure of only one state variable. Moreover, the predictive action of the observer, eliminate the time delay of the control loop improving the stability margins of the system. Experimental results of a setup of 10kW DSP based are presented. / Esta dissertação de mestrado trata do projeto de uma malha de controle de corrente robusta para inversores alimentados em tensão conectados à rede através de filtro-LCL, utilizados em sistemas de geração distribuída. A utilização do filtro-LCL traz consigo a necessidade do amortecimento adequado da ressonância característica deste filtro. Dois tipos de amortecimento são apresentados na literatura para solucionar este problema. O amortecimento passivo, que consiste na introdução de um resistor ou filtro passivo adicional no circuito e o amortecimento ativo, que é baseado na introdução de um controlador digital específico na malha de controle de corrente do inversor. O amortecimento ativo, por apresentar maior flexibilidade de implementação e não apresentar perdas de energia, é o método preferencialmente utilizado. O principal desafio na utilização do amortecimento ativo é manter um desempenho satisfatório na presença de incertezas na impedância da rede no ponto de conexão. Neste trabalho, são propostas duas técnicas de amortecimento ativo robusto. Na primeira delas, uma retroação parcial de estados robusta é obtida para alocar os pólos da planta numa região contida no círculo unitário para uma dada faixa de variação de impedância da rede. Os ganhos da retroação de estados são obtidos a partir de um sistema de desigualdades matriciais lineares (LMI), que garantem alocação robusta dos pólos do sistema afetado por incertezas paramétricas e por atraso de transporte. No segundo método é proposto um estimador preditivo de estados baseado em observadores por múltiplas amostras, que permite fazer a retroação de estados estimados a partir da medida de apenas um dos estados da planta. Além disso, elimina o atraso de transporte da implementação digital aumentando a robustez do sistema. Resultados experimentais de um inversor de 11 kW controlado por um DSP de ponto fixo, conectado à rede com um filtro-LCL são apresentados para validar as analises desenvolvidas e demonstrar o bom desempenho dos controladores propostos.

Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JULIO KENDI NISHIOKA.pdf: 8294340 bytes, checksum: 28a4178bb0ec559b2db43a1aa6676188 (MD5) Previous issue date: 2011-08-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This dissertation proposes a digital control system for a three-phase four-wire high input power factor PWM rectifier with LCL filter. The proposed control system includes an inner control loop for active damping of the LCL filter peak resonance, which uses a lead-lag compensator. In addition, the control system presents an independent current loop for each rectifier phase, which employs resonant compensators tuned at the fundamental frequency of the utility grid voltage. Finally, other two outer loops are used to maintain the voltages across the dc bus capacitors regulated and balanced. This work also proposes a design methodology to obtain the parameter of the LCL filter, which is based on maximum harmonic currents allowed by technical standards and on the minimization of the reactive energy of the LCL filter capacitors. Simulation and experimental results are presented to validate the developed analysis and demonstrate the performance of the proposed controllers. / Esta Dissertação de Mestrado propõe um sistema de controle digital para um retificador PWM trifásico a quatro fios com filtro LCL e elevado fator de potência de entrada. O sistema de controle proposto inclui uma malha interna de amortecimento ativo do pico de ressonância do filtro LCL, fazendo uso de um compensador em avanço. Além da malha de amortecimento ativo, o sistema de controle apresenta uma malha de corrente independente para cada fase do retificador, as quais empregam compensadores ressonantes sintonizados na frequência fundamental da tensão de entrada. Por fim, outras duas malhas externas são utilizadas para manter as tensões dos capacitores que compõem o barramento CC reguladas e equilibradas. Este trabalho também propõe uma metodologia de projeto para os parâmetros do filtro LCL, a qual é baseada nos limites máximos de harmônicos de corrente permitidos pelas normas e na minimização da energia reativa do capacitor do filtro LCL. Resultados de simulação e experimentais são apresentados para validar as análises desenvolvidas e demonstrar o desempenho dos controladores propostos.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This Thesis deals with the development of a novel robust model reference adaptive controller (RMRAC), in discrete-time applied to grid-connected systems using LCL filter. This controller uses a modified robust parameters identifier based on a recursive least-squares algorithm. Two control structures are analyzed: state feedback approach and input-output approach. The robust stability analysis of the controller is presented including unmodeled dynamics. Thus, through these analyses, constraints design, in discrete-time, are obtained. For the validation of the proposed control algorithm, simulation and experimental results of a grid-connected power converter with LCL-filter, with current control, are presented. / Esta Tese de Doutorado apresenta o desenvolvimento de um novo controlador adaptativo por modelo de referência, totalmente desenvolvido em tempo discreto, aplicado a sistemas conectados à rede de energia elétrica empregando filtro LCL. Este controlador utiliza um identificador de parâmetros modificado robusto baseado no método dos mínimos quadrados recursivos. Em relação à estrutura do controlador, a abordagem por realimentação de estados e a abordagem entrada-saída são utilizadas. A análise de estabilidade robusta do controlador é apresentada incluindo dinâmicas não-modeladas. Por meio destas análises, restrições de projeto (em tempo discreto) são obtidas. Para a validação do algoritmo proposto, resultados de simulação e experimentais do sistema de controle de corrente em um conversor conectado à rede de energia elétrica com filtro LCL são apresentados.

In this study, four and a half months of ceilometer data from Östergarnsholm are used to analyze cloud related to processes in the boundary layer. Measurements are divided into two categories, which are defined by wind direction: a continental and a marine sector. The results show that there are significant differences in the height of the lowest cloud bases detected for the two sectors, where cloud base heights are lower for the marine wind sector during unstable and neutral conditions. The ceilometer’s ability to detect several cloud base heights simultaneously is utilized to test whether a double layer structure (DLS) can be detected. The results of this particular analysis are inconclusive as to whether a DLS has been observed or not. Detected cloud base heights differ greatly from heights suggested by the lifting condensation level (LCL). A new empirical formula for lowest cloud base height is then derived using the measurements. The Ceilometer’s estimations of sky cover are assessed to be of reasonable quality. This is suggested by computed high correlation with incoming shortwave radiation at noon for three months.  However, histograms of cloud cover measurements suggest that the ceilometer tends to probably either overestimate or underestimate cloud cover.  Large differences in cloud cover were observed for the two wind sectors during unstable conditions. For the months of July and August, a diurnal cycle in cloud cover for the continental wind sector was observed which suggest the presence of Stratocumulus. Measurements performed during upwelling conditions closely resemble those of the marine wind sector performed during stable conditions.

Este trabalho apresenta o estudo de um inversor NPC de 6 kW e 380 V, trifÃsico, para interconexÃo de sistemas de geraÃÃo distribuÃda à rede elÃtrica. O inversor à estudado nas frequÃncias de chaveamento de 3, 4 e 6 kHz, sendo interligado à rede elÃtrica atravÃs dos filtros L e LCL. Para identificar qual filtro passivo, L ou LCL, se adequa melhor ao inversor em estudo foram realizadas simulaÃÃes numÃricas para diferentes situaÃÃes, validando o projeto do inversor e a modelagem vetorial desenvolvida. A resposta do controle à satisfatÃria, pois o inversor à capaz de controlar o fluxo de potÃncia ativa e reativa entregues à rede elÃtrica. Diante dos resultados obtidos percebeu-se que o filtro LCL apresentou um menor conteÃdo harmÃnico para as trÃs frequÃncias estudadas em relaÃÃo ao filtro L. Ambos os filtros atenderam aos requisitos da norma Std IEEE 1543, no entanto o filtro L à o mais indicado para o inversor em estudo, pois alÃm de atender a norma, o mesmo apresenta um menor custo quando comparado ao filtro LCL. / This paper presents the study of a 6 kW, 380 V, three phase NPC inverter for interconnecting distributed generation unit to the grid. The inverter is studied with switching frequency of 3, 4 and 6 kHz, and it is interconnected to the grid through L and LCL filters. To identify which passive filter, L or LCL, is best suited to the inverter under study, a mathematical model has been proposed and several numerical simulations have been carried out to validate the design of the inverter and vector model developed. The control response is satisfactory, since the inverter is able to control the flow of active and reactive power delivered to the grid. Based on these results it was noticed that the LCL filter showed a lower harmonic content for the three frequencies studied in relation to the filter L. Both filters met the requirements of the standard IEEE Std 1543, however the filter L is the most suitable for the inverter under study, because the filter L not only meet the standard but also it presents a lower cost when compared to the LCL filter.