Orientador: Paulo José Amaral Serni / Banca: Wilson Komatsu / Banca: Fernando Pinhabel Marafão / Resumo: Dentre as muitas topologias de condicionadores de energia disponíveis na literatura, destaque especial tem sido dado aos filtros ativos de potência, dispositivos tipicamente eletrônicos, controlados digitalmente. Neste sentido, as topologias mais estudadas são as de filtros ativos paralelos, filtros ativos série e filtros ativos universais (série-paralelo). Neste trabalho, foi dada atenção especial ao estudo de um filtro ativo universal, também conhecido coo Condicionador Unificado de Qualidade de Energia (CUQE) ou em inglês, Unified Power Quality Conditioner (UPQC). Assim, dentre os muitos assuntos que permeiam o projeto e implementação deste dispositivo, este trabalho propõe novos algoritmos para a geração de referência dos conversores eletrônicos, bem como algoritmos de inicialização e proteção do CUQE. Os algoritmos de referênciasão baseados em técnicas de álgebra vetorial e filtragem digital, enquantoas rotinas de inicialização e proteção visam à solução de problemas de ordem prática, para que o dispositivo possa ser utilizado em ambiente industrial, como produto. Um estudo sobre os controladores de tensão e corrente também foi realizado e as técnicas mais adequadas estão descritas no trabalho. Destaca-se que todos os algoritmos de geração de referência, proteção, inicialização e os controladores foram avaliados e validados por meio de simulações computacionais e resultados experimentais. No caso dos resultados experimentais, foram realizados ensaios em malha aberta para validação dos algoritmos de referência, bem como ensaios em um protótipo de CUQE, de potência igual a 75 KVA, os quais validaram o desempenho de todos os algoritmos desenvolvidos em um dispositivo real para aplicações industriais / Abstract: Among different topologies of power conditioners found in literature, special emphasis has been given to active power filters (typically power electronic devices with digital control). In this sense, the most studied topologies have been the parallel active filters, the series active filters and the unified active filters (series-parallel). In this work, special attention was given to the study of a Unified Power Quality Conditioner (UPQC). Thus, among many issues that underline the design and implementation of this device, this dissertation proposes new algoritmos for the generation of voltage and current references to the applied power converters, as well algoritmos for the initialization and protection of the UPQC. The reference algorithms are based on vector algebra and digital filtering techniques, while the initialization and protection routines aimed to solve practical problems, so the device can be used in and industrial environment, as a commercial product. The voltage and current controllers were also studied and the most suitable techniques are described. It is noteworthy that all proposed algorithms and controllers have been evaluated and validated by means of computer simulations and experimental results. The experimental validation were performance by means of open loop tests, as well as considering an UPQC prototype (75 KVA rated) in order to validate the overall UPQC development and the performance of the proposed algorithms / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:34Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-08-19Bitstream added on 2014-06-13T20:29:07Z : No. of bitstreams: 1 terrazas_tm_me_bauru.pdf: 4348012 bytes, checksum: 27e94d130fad8ef6a3527dccde1db635 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Dentre as muitas topologias de condicionadores de energia disponíveis na literatura, destaque especial tem sido dado aos filtros ativos de potência, dispositivos tipicamente eletrônicos, controlados digitalmente. Neste sentido, as topologias mais estudadas são as de filtros ativos paralelos, filtros ativos série e filtros ativos universais (série-paralelo). Neste trabalho, foi dada atenção especial ao estudo de um filtro ativo universal, também conhecido coo Condicionador Unificado de Qualidade de Energia (CUQE) ou em inglês, Unified Power Quality Conditioner (UPQC). Assim, dentre os muitos assuntos que permeiam o projeto e implementação deste dispositivo, este trabalho propõe novos algoritmos para a geração de referência dos conversores eletrônicos, bem como algoritmos de inicialização e proteção do CUQE. Os algoritmos de referênciasão baseados em técnicas de álgebra vetorial e filtragem digital, enquantoas rotinas de inicialização e proteção visam à solução de problemas de ordem prática, para que o dispositivo possa ser utilizado em ambiente industrial, como produto. Um estudo sobre os controladores de tensão e corrente também foi realizado e as técnicas mais adequadas estão descritas no trabalho. Destaca-se que todos os algoritmos de geração de referência, proteção, inicialização e os controladores foram avaliados e validados por meio de simulações computacionais e resultados experimentais. No caso dos resultados experimentais, foram realizados ensaios em malha aberta para validação dos algoritmos de referência, bem como ensaios em um protótipo de CUQE, de potência igual a 75 KVA, os quais validaram o desempenho de todos os algoritmos desenvolvidos em um dispositivo real para aplicações industriais / Among different topologies of power conditioners found in literature, special emphasis has been given to active power filters (typically power electronic devices with digital control). In this sense, the most studied topologies have been the parallel active filters, the series active filters and the unified active filters (series-parallel). In this work, special attention was given to the study of a Unified Power Quality Conditioner (UPQC). Thus, among many issues that underline the design and implementation of this device, this dissertation proposes new algoritmos for the generation of voltage and current references to the applied power converters, as well algoritmos for the initialization and protection of the UPQC. The reference algorithms are based on vector algebra and digital filtering techniques, while the initialization and protection routines aimed to solve practical problems, so the device can be used in and industrial environment, as a commercial product. The voltage and current controllers were also studied and the most suitable techniques are described. It is noteworthy that all proposed algorithms and controllers have been evaluated and validated by means of computer simulations and experimental results. The experimental validation were performance by means of open loop tests, as well as considering an UPQC prototype (75 KVA rated) in order to validate the overall UPQC development and the performance of the proposed algorithms

Submitted by isabela.moljf@hotmail.com (isabela.moljf@hotmail.com) on 2017-03-02T11:39:15Z No. of bitstreams: 1 fredericotoledoghetti.pdf: 2816885 bytes, checksum: 98c4c49d919a94d51a94ff86a91c33a1 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-03-06T19:32:09Z (GMT) No. of bitstreams: 1 fredericotoledoghetti.pdf: 2816885 bytes, checksum: 98c4c49d919a94d51a94ff86a91c33a1 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-06T19:32:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 fredericotoledoghetti.pdf: 2816885 bytes, checksum: 98c4c49d919a94d51a94ff86a91c33a1 (MD5) Previous issue date: 2009-05-26 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / É apresentado, neste trabalho, um estudo sobre topologias alternativas de fontes ininterruptas de energia do tipo Delta, para o emprego em cargas monofásicas de até 1kVA. O estudo prevê a inserção de um conversor CC-CC entre o conversor shunt e o banco de baterias. Tal modificação em relação à UPS do tipo Delta convencional otimiza o projeto do banco de baterias e requisita um menor número de células em série para sua confecção. Além disso, a proposta elimina o uso de transformadores de baixa freqüência, considerados em alguns trabalhos anteriores, o que também contribui para a redução do peso e volume do sistema. Duas diferentes topologias para o conversor CC-CC foram investigadas e comparações de desempenho e viabilidade foram realizadas. A topologia que apresentou melhor desempenho nos quesitos custo, volume e peso, foi selecionada para testes em bancada. Ao final, resultados simulados e práticos são apresentados para validação do modelo. / This dissertation presents a study on single-phase Delta-UPS topological alternatives for low power and low cost applications. The proposed topology has a DC-DC converter connected between the shunt inverter and the battery bank/series converter DC terminals, respectively. This modification will allow the downsizing of the DC battery bank as well as the removing of the series converter transformer. Two different topologies of the DC DC converter were investigated and a comparative study among them will be accomplished. Simulation results are presented and experimental results will be included to validate the proposed study.

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.

Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 (Final).pdf: 65790 bytes, checksum: e733029dada465cd658278f93c2fc5fa (MD5) Previous issue date: 2012-02-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work introduces a dual unified power quality conditioner (iUPQC) made by two active filters, the series and the parallel. The parallel active filter is voltage controlled, responsible for maintaining the sinusoidal, regulated, balanced and harmonic free load voltage. The series active filter is responsible for draining a sinusoidal and harmonic free current from the utility grid whose current is synchronized with the fundamental component of the voltage utility grid, implying a high power factor. The advantage of this configuration is the use of the sinusoidal references for both active filters. First, the power quality is addressed by discussing the main utility grid distortions and the active solutions for these problems. The characteristics, the power structure definition and the power flow of the iUPQC are then addressed. Next, the high frequency filters of active filters are analyzed and designed, the circuit models are obtained and the iUPQC controllers are designed. The iUPQC simulation is then analysed and, finally, the last chapter is about the prototype developed at the university laboratory, and the analysis of the experimental results which were compared to the IEEE519-1992 standard / Esta Dissertação de Mestrado apresenta um condicionador unificado de qualidade de energia dual (iUPQC) trifásico a quatro fios, controlado analogicamente, composto por dois filtros ativos, o série e o paralelo. O filtro ativo paralelo é controlado em tensão, responsável por manter a tensão da carga senoidal, regulada, equilibra e livre de harmônicos. O filtro ativo série é responsável por drenar da rede de alimentação uma corrente senoidal, com baixa distorção harmônica e em fase com a componente fundamental de tensão da rede, garantindo alto fator de potência. A vantagem desta configuração é a utilização de referências senoidais para ambos os filtros ativos. Inicialmente, a qualidade de energia é abordada, trazendo as principais distorções encontradas na rede elétrica e as soluções ativas para estes problemas. O iUPQC é apresentado, trazendo suas características, a definição de sua estrutura de potência e o fluxo de potência do sistema. Após isto são analisados e projetados os filtros de alta frequência presentes nos filtros ativos, obtidos os modelos do circuito e projetados os controladores do iUPQC. Em seguida a simulação do iUPQC é apresentada e no último capítulo são mostrados os circuito utilizados no protótipo e os resultados experimentais obtidos, os quais são analisados e comparados à norma IEEE 519-1992.