Orientador: Carlos Alberto Canesin / Resumo: Nesta tese é apresentado o desenvolvimento inédito de um equipamento de medição de parâmetros de qualidade de energia elétrica embarcado em um dispositivo FPGA, incorporando funcionalidades que o caraterizam como medidor inteligente. Dessa forma, obteve-se uma plataforma capaz de realizar monitoramento e verificação, em tempo real, do comportamento de sistemas de energia elétrica quando estes operam em condições de desequilíbrio, desbalanços, assimetria nos ângulos de defasagem e presença de componentes harmônicas, impostas pelo comportamento das cargas e/ou pelas tensões de alimentação do sistema. Para isso, foram empregadas as metodologias de cálculos de potência definidas pelo padrão IEEE 1459-2010 e a Teoria da Potência Conservativa. Técnicas de processamento digital de sinais são aplicadas para a descrição dos módulos de sincronismo e janelamento, baseados na norma NBR-IEC-61000-4-30:2010, assim como filtros digitais e deslocadores de fase adaptativos para a extração das componentes fundamentais e componentes fundamentais de sequência positiva. Adicionalmente, são detalhados todos os estágios relacionados com o condicionamento e amostragem dos sinais elétricos, cálculos de potência, cálculo de harmônicos, interface de usuário, acesso aos dados e comando para desconexão/religamento de cargas remotas. Os resultados experimentais obtidos em um sistema trifásico a 4 fios, para diferentes cenários de operação, incluindo a presença de elementos de geração distribuída, evidenci... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In this thesis, the development of a novel power quality equipment embedded in an FPGA device, incorporating smart-metering features, is presented. Thus, a platform capable of real-time monitoring and verification of power systems operating under sinusoidal, non-sinusoidal, balanced and / or unbalanced conditions, was obtained. For this purpose, power calculation methods defined by both the IEEE 1459-2010 standard and the Conservative Power Theory (CPT) are reviewed and implemented. Based on NBR-IEC-61000-4-30: 2010 standards, digital signal processing techniques for the synchronization and windowing tasks, as well as, adaptive digital filters and adaptive phase shifters for obtaining the extraction of fundamental components as well as the positive-sequence fundamental components, are applied. Likewise, the complete developed stages regarding conditioning and sampling of electrical signals, power calculations, harmonic component calculations, graphical user interface, remote data access, and disconnection/reconnection commands for remote loads, are detailed. The experimental results obtained from a three-phase 4-wire system, under several operations scenarios, including the presence of distributed generation (DG) elements, highlight the advantages of the implemented methodologies, when compared with commercial power quality analyzers, which use traditional definitions of power quantities. / Doutor

Orientador: Helmo Kelis Morales Paredes / Resumo: Esta dissertação de mestrado propõe o desenvolvimento e a implementação de uma estratégia de compensação para conversores eletrônicos de potência (CEP) multifuncionais conectados à rede elétrica. A geração dos sinais de referência de corrente para o conversor multifuncional é obtida através das grandezas conservativas da CPT, do inglês Conservative Power Theory. O CEP proposto neste trabalho desempenha o papel de um conversor interface de rede no modo conectado, tendo como finalidade a mitigação de oscilações de potência instantânea bem como injeção de potência ativa na rede elétrica, caracterizando assim o seu aspecto multifuncional. São realizados estudos teóricos e simulações computacionais com o intuito de validar a estratégia proposta. Para tanto, foram identificadas as parcelas indesejadas de corrente que permitam a compensação das componentes oscilatórias da potência instantânea e da energia reativa instantânea da CPT. O CEP é controlado em modo corrente, através da estratégia de modulação PWM com duas malhas de controle. A estratégia de compensação e o sistema de controle serão avaliados e testados via simulação para diferentes configurações de cargas, incluindo uma carga não-linear desbalanceada operando em condições onde as distorções e desequilíbrios de tensão sejam consideráveis. Por fim, resultados experimentais obtidos com um protótipo em escala laboratorial são utilizados para validar a estratégia de compensação proposta / Abstract: This master’s thesis proposes the development and implementation of a compensation strategy for the three-phase multifunctional grid-tied inverter. The reference signal generation method for grid-tied is based on the Conservative Power Theory (CPT). In this work, the multifunctional inverter plays the role of the Utility Interface (UI) which perform several functions: in grid-connected operation, it injects active power into the grid and compensates the instantaneous power oscillation and the instantaneous reactive energy oscillation. The goal is to execute theoretical studies and computational simulations to validate the proposed strategy. For this purpose, firstly are identifies the unwanted currents which allow the compensation of the oscillatory terms of instantaneous power and reactive energy. The inverter is controlled in current mode through PWM modulation strategy with two control loops. In addition, the proposed compensation strategy and control system is evaluated and tested for different load configurations, such as linear and nonlinear loads (balanced and unbalanced) operating under different voltage conditions (distorted and unbalanced). Finally, experimental results are presented to validate the effectiveness and performance of the proposed compensation strategy. / Mestre

A crescente demanda por fontes alternativas de energia, voltada principalmente a minimizar impactos ambientais provenientes do uso de combustíveis fósseis na geração de energia elétrica, tem impulsionado as pesquisas tanto no âmbito acadêmico como no setor privado. Dessa forma, estudos científicos vêm abordando painéis fotovoltaicos, aerogeradores, células combustível, dentre outros, no sentido de gerar energia limpa por meio de conversores estáticos CC-CC e CC-CA, conectados na rede de distribuição elétrica, configurando um cenário de Geração Distribuída. Devido ao uso de tais conversores, têm-se introduzido perturbações harmônicas nas redes de distribuição. Sendo assim, a qualidade de energia tornouse uma questão de suma importância no contexto energético contemporâneo, de tal modo que esta tese se apresenta um estudo voltado ao desenvolvimento e implementação de uma plataforma experimental de um Condicionador Unificado de Qualidade de Energia (UPQC) monofásico com compensação ativa de potência série e paralela, com uma potência de 1 kW, capaz de minimizar perturbações harmônicas em redes de distribuição. O sistema realiza a supressão de harmônicos e a compensação de afundamentos e elevações de tensão em redes elétricas, além de manter a tensão na carga regulada e com baixa taxa de distorção harmônica. Além disso, esse dispositivo realiza compensação de potência reativa e supressão de harmônicos da corrente de carga, o que resulta em uma efetiva correção do fator de potência. Nesse sentido, o dispositivo atua como um filtro ativo universal, realizando compensação da corrente de entrada, como também da tensão de saída. Para este fim, dois conversores monofásicos ANPC de 5 níveis são empregados, sendo estes o filtro ativo série (FAS), que atua como fonte de corrente senoidal, e o filtro ativo paralelo (FAP), que atua como fonte de tensão senoidal, em que ambos são controlados de tal forma a operar em fase com a tensão da rede elétrica. Com o objetivo de realizar as compensações harmônicas, é utilizado o algoritmo de extração de referência, conhecido como Compensação Cooperativa baseada na Teoria de Potência Conservativa. / The growing demand for alternative sources of energy, aimed mainly at minimizing environmental impacts from the use of fossil fuels in electric power generation, has driven research in both the academic and private sectors. Thus, scientific studies have addressed photovoltaic panels, aerogenerators, fuel cells, among others, in order to generate clean energy by means of static converters CC-CC and CC-CA, connected in the electric distribution network, configuring the Distributed Generation. Due to the use of such converters, harmonic disturbances have been introduced in the distribution networks. Thus, the quality of energy has become a matter of paramount importance in the contemporary energy context, such that this thesis presents a study aimed at the development and implementation of an experimental platform of a single-phase Unified Energy Quality Conditioner (UPQC) with active series and parallel power compensation, with a power of 1 kW, capable of minimizing harmonic disturbances in distribution networks. The system performs the suppression of harmonics and the compensation of sags and tensions in electrical networks, besides maintaining the voltage at the regulated load and with a low harmonic distortion rate. In addition, this device performs reactive power compensation and harmonic suppression of the load current, which results in an effective power factor correction. In this sense, the device acts as a universal active filter, performing compensation of the input current, as well as the output voltage. For this purpose, two 5-level ANPC single-phase converters are used, which are the series active filter (FAS), which acts as a sinusoidal current source, and the parallel active filter (FAP), which acts as a sinusoidal voltage source, in that both are controlled in such a way to operate in phase with the mains voltage. In order to perform the harmonic compensations, the reference extraction algorithm, known as Cooperative Compensation based on the Conservative Power Theory, is used.

Submitted by ALESSANDRO LUCINDO DA LUZ null (aledaluz@hotmail.com) on 2018-01-10T01:24:32Z No. of bitstreams: 1 Operacao flexivel conversores_ALuz.pdf: 10997918 bytes, checksum: 18fe1f6d3eba73d11bf63fab8cf0a0be (MD5) / Approved for entry into archive by Maria Marlene Zaniboni null (zaniboni@bauru.unesp.br) on 2018-01-10T11:41:48Z (GMT) No. of bitstreams: 1 luz_al_me_bauru.pdf: 10997918 bytes, checksum: 18fe1f6d3eba73d11bf63fab8cf0a0be (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-10T11:41:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 luz_al_me_bauru.pdf: 10997918 bytes, checksum: 18fe1f6d3eba73d11bf63fab8cf0a0be (MD5) Previous issue date: 2017-11-13 / Este trabalho de mestrado descreve uma estratégia de operação multifuncional e flexível aplicado a conversores trifásicos CC-CA (inversores) conectados à rede de distribuição de energia elétrica. A estratégia proposta é capaz de injetar potência ativa na rede e compensar correntes de distúrbios (reativos, desbalanço e harmônicos) simultaneamente. O maior objetivo desta operação flexível é de melhorar a Qualidade de Energia Elétrica em um ponto de acoplamento comum (PAC) permitindo a compensação total ou parcial destes distúrbios ou fatores que degradam a Qualidade de Energia Elétrica. O fator de potência é o principal fator de qualidade a ser observado e ele é calculado através da Teoria da Potência Conservativa – CPT. Entretanto, com base no fator de potência medido pelo lado da rede de distribuição e o fator de potência desejado, um coeficiente de compensação – k é calculado para o ajuste das correntes de compensação dos distúrbios que geram a potência não ativa. / This paper depicts a multifunctional and flexible control strategy applied in three-phase inverters, which are connected to the distribution network. The proposed strategy is able to inject active power into the electrical grid and compensate current disturbances (reactive, harmonics and unbalance) simultaneously. The main goal of this flexible strategy is to improve the Power Quality at the point of common coupling (PCC) allowing full or partial compensation of disturbances. Power factor is the main quality index observed and it is calculated according to Conservative Power Theory - CPT. Therefore, based on the power factor measured in the grid side and the desired value for the power factor, a compensation coefficient - k is calculated continuously adjusting the amplitude of the compensation current.