This paper investigates the concept of an isolated small wind power system based on a three-phase generator and a direct ac-to-ac conversion. The ac-to-ac conversion is performed by a matrix converter and thus removing the need of a large smoothing capacitor in the typical rectifier-inverter solution. The paper is briefly presenting the operation for a particular topology of a three-phase to single-phase matrix converter. The control of this conversion ensures system’s frequency and voltage stability. Simulation results and practical results are presented to validate the frequency and voltage regulation of the isolated power system.

CAPES / Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um algoritmo de controle baseado em controle ótimo para um sistema de condicionamento de energia. Para o projeto do controlador, propõe-se uma nova modelagem deste sistema, onde se inclui as dinâmicas impostas pela tensão da rede no ponto de conexão. O sistema de condicionamento de energia é capaz de atuar como um controlador de qualidade de energia, fornecendo potência reativa e não-ativa, mesmo submetido a cargas lineares e/ou não-lineares desequilibradas. Além disso, este trabalho propõe uma solução para a redução da defasagem inserida pelo filtro analógico passa-baixas de segunda ordem, anti-aliasing. O sistema de condicionamento de energia faz uso de um inversor de tensão (VSI do inglês Voltage Source Inverter ) trifásico a três fios. A geração das referências de corrente é obtida através de um método recentemente proposto e baseia-se na teoria de filtragem ótima. Este algoritmo, aliado às técnicas de controle escolhidas, permite que se obtenha um compromisso satisfatório entre resposta transitória e rejeição às perturbações na geração destes sinais e controle do sistema como um todo. No final do trabalho, a técnica de controle apresentada é comparada à outras duas técnicas aplicadas a este tipo de sistema, a saber, Proporcional-Integral (PI) e Regulador Linear Quadrático com parcela integral (LQRI), de forma a verificar a eficácia do método desenvolvido. Nesta comparação, verifica-se o desempenho destes controladores e do controlador proposto de acordo com diversos critérios de desempenho: rastreamento das referências, taxa de distorção harmônica de tensão e corrente bem como robustez a variações da impedância da rede. / This work presents the development of a control system, based on optimum control theory, applied for an energy conditioner device, where it is included, on its model, the dynamics imposed by the grid voltages at the connection point. The power conditioner system acts as a quality energy controller, supplying reactive and non-active power, even under unbalance linear and non-linear loads. Moreover, the present work proposes a solution for reducing the phase deviation problem inserted by a second order low-pass filter, used for mitigating the aliasing problem, showing an instrumentation alternative to solve this problem. The energy conditioner topology uses a three-phase three-legs shunt voltage source inverter (VSI). The current reference generation is obtained from a recently proposed method, based on optimum filtering theory. This algorithm, together with the chosen control strategy, allows to obtain a satisfactory compromise between transient response and perturbation rejection on the generation of the reference signals and control of the whole system. At the end of this work, a comparison among the proposed control structure and two others controllers, namely Proportional-Integral (PI) and Linear Quadratic Regulator with Integral action (LQRI), is made in order verify the efficacy of the developed methodology. On this comparison, its presented the performance of these 3 controllers, considering several performance criteria: reference tracking, voltage and current harmonic distortion as well as robustness of the system under grid impedance changes.

CAPES / Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um algoritmo de controle baseado em controle ótimo para um sistema de condicionamento de energia. Para o projeto do controlador, propõe-se uma nova modelagem deste sistema, onde se inclui as dinâmicas impostas pela tensão da rede no ponto de conexão. O sistema de condicionamento de energia é capaz de atuar como um controlador de qualidade de energia, fornecendo potência reativa e não-ativa, mesmo submetido a cargas lineares e/ou não-lineares desequilibradas. Além disso, este trabalho propõe uma solução para a redução da defasagem inserida pelo filtro analógico passa-baixas de segunda ordem, anti-aliasing. O sistema de condicionamento de energia faz uso de um inversor de tensão (VSI do inglês Voltage Source Inverter ) trifásico a três fios. A geração das referências de corrente é obtida através de um método recentemente proposto e baseia-se na teoria de filtragem ótima. Este algoritmo, aliado às técnicas de controle escolhidas, permite que se obtenha um compromisso satisfatório entre resposta transitória e rejeição às perturbações na geração destes sinais e controle do sistema como um todo. No final do trabalho, a técnica de controle apresentada é comparada à outras duas técnicas aplicadas a este tipo de sistema, a saber, Proporcional-Integral (PI) e Regulador Linear Quadrático com parcela integral (LQRI), de forma a verificar a eficácia do método desenvolvido. Nesta comparação, verifica-se o desempenho destes controladores e do controlador proposto de acordo com diversos critérios de desempenho: rastreamento das referências, taxa de distorção harmônica de tensão e corrente bem como robustez a variações da impedância da rede. / This work presents the development of a control system, based on optimum control theory, applied for an energy conditioner device, where it is included, on its model, the dynamics imposed by the grid voltages at the connection point. The power conditioner system acts as a quality energy controller, supplying reactive and non-active power, even under unbalance linear and non-linear loads. Moreover, the present work proposes a solution for reducing the phase deviation problem inserted by a second order low-pass filter, used for mitigating the aliasing problem, showing an instrumentation alternative to solve this problem. The energy conditioner topology uses a three-phase three-legs shunt voltage source inverter (VSI). The current reference generation is obtained from a recently proposed method, based on optimum filtering theory. This algorithm, together with the chosen control strategy, allows to obtain a satisfactory compromise between transient response and perturbation rejection on the generation of the reference signals and control of the whole system. At the end of this work, a comparison among the proposed control structure and two others controllers, namely Proportional-Integral (PI) and Linear Quadratic Regulator with Integral action (LQRI), is made in order verify the efficacy of the developed methodology. On this comparison, its presented the performance of these 3 controllers, considering several performance criteria: reference tracking, voltage and current harmonic distortion as well as robustness of the system under grid impedance changes.