Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Major de Automação). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Dissertation présentée pour obtenir le grade de Docteur es Génie Électrique à l'Institut National Polytechnique de Toulouse et Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-04-19T19:42:59Z No. of bitstreams: 1 danielsalomaosilva.pdf: 1815639 bytes, checksum: 1ac9991f1cfff85fc90c22c80f5ccaf4 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-04-20T13:12:33Z (GMT) No. of bitstreams: 1 danielsalomaosilva.pdf: 1815639 bytes, checksum: 1ac9991f1cfff85fc90c22c80f5ccaf4 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-20T13:12:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 danielsalomaosilva.pdf: 1815639 bytes, checksum: 1ac9991f1cfff85fc90c22c80f5ccaf4 (MD5) Previous issue date: 2011-09-01 / O Compensador Série Síncrono Estático (SSSC – Static Synchronous Series Compensator) é um controlador FACTS (Flexible AC Transmission Systems) proposto na literatura para controlar o fluxo de potência pelas linhas de transmissão a corrente alternada. O SSSC é um compensador de potência reativa baseado em conversores eletrônicos de potência de alta capacidade ligados em série com as linhas de transmissão. Neste trabalho são utilizados conversores fonte de tensão (do inglês, VSC – Voltage Source Converters) multiníveis em cascata assimétrica, ligados ao sistema elétrico sem transformadores. O uso do SSSC aumenta as margens de estabilidade, a controlabilidade e a capacidade de transferência de potência de um sistema elétrico. Como a tensão sintetizada pelo SSSC está em quadratura com a corrente pela linha, pode-se utilizá-lo para emular uma reatância série, impor uma tensão ou injetar/absorver potência reativa em série com a linha de transmissão compensada. Neste trabalho são estudados cinco diferentes algoritmos para controlar as tensões geradas pelo SSSC. Resultados de simulações digitais são utilizados para verificar o desempenho de cada algoritmo implementado. / The Static Synchronous Series Compensator (SSSC) is a FACTS (Flexible AC Transmission Systems) controller proposed in the literature to control the power flow through the transmission power lines. The SSSC is a series connected compensator based on static power electronics converters. In this work, three single-phase asymmetrical cascaded multilevel voltage source converters (VSC) are used, connected to the electric power system without transformers. The use of SSSC increases the stability limit, the controllability and the transfer power capacity of electric power systems. Since the voltage synthesized by SSSC is in quadrature with line current, it can be used to emulate a series reactance, to synthesize a voltage or to inject/absorb reactive power in series with the compensated transmission line. Five different control algorithms are investigated to control the output voltages of the SSSC. Digital simulation results are used to demonstrate the effectiveness of each control strategy.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This Master Thesis presents an AC Power Source (ACPS) study contribution through the proposal, design and implementation of a novel hybrid ACPS topology. In general, the proposed hybrid topology is defined from the series connection between a Modular Multilevel Converter (MMC), called main amplifier, and a Linear Power Amplifier (LPA), called correction amplifier. With this connection, the proposed ACPS enables the output waveform synthesis with high fidelity when compared to the reference waveform, also with a high bandwidth. The main contribution of the proposed topology is to allow the simplification of the main amplifier input stage, since the MMC requires a common DC bus for providing power to the load. Throughout this study, a linear amplifier DC bus design is presented, since it influences directly the ACPS performance. Regarding the main amplifier, dynamic models are presented for the control system design, which will ensure the circulating component minimization in the MMC poles, as well as ensuring the converter power flow balance by controlling the sum and subtraction of the capacitor voltages. Additionally, the pole inductors design considering the current ripple at the switching frequency is also presented. The ACPS prototype consists of eight half-bridge submodules, triggered by the control system implemented on a Digital Signal Processor (DSP) and through the selection algorithm implemented on a Field-Programmable Gate Array (FPGA). Finally, experimental results are provided in order to guarantee the employed methodology in the main and correction amplifiers design, through bench test prototype. / Esta Dissertação contribuiu com o estudo de fontes CA de potência (AC Power Source ACPS), através da proposta, desenvolvimento e implementação de uma nova topologia híbrida de ACPS. De forma geral, a topologia híbrida proposta é definida a partir da conexão série entre um Conversor Multinível Modular (Modular Multilevel Converter MMC), denominado amplificador principal, e um Amplificador Linear de Potência (Linear Power Amplifier LPA), denominado amplificador de correção. Com esta conexão, a ACPS proposta sintetiza uma forma de onda de saída com elevada fidelidade em relação à forma de onda de referência, juntamente com elevada banda-passante. A principal contribuição da topologia proposta é a possibilidade de simplificação do estágio de entrada do amplificador principal, uma vez que o MMC requer apenas um barramento CC para o fornecimento de potência à carga. No decorrer deste trabalho, também é apresentada uma análise para o projeto do barramento CC do amplificador linear, uma vez que o mesmo influencia diretamente no rendimento da ACPS. Em relação ao amplificador principal, são apresentados os modelos dinâmicos para o projeto do sistema de controle, que deve garantir a minimização da componente circulante dos polos do MMC, bem como garantir o balanço de potência do conversor através do controle da soma e da subtração das tensões dos capacitores das células. Adicionalmente, é apresentada uma análise para o projeto dos indutores dos polos em função da ondulação de corrente na frequência de chaveamento. O protótipo da ACPS é composto por oito submódulos meia-ponte, acionados através do sistema de controle implementado em um Processador Digital de Sinais (Digital Signal Processor DSP) e através do algoritmo de do balanço das tensões implementado em uma FPGA (Field-Programmable Gate Array). A partir da implementação da ACPS em laboratório, são apresentados os resultados experimentais com o propósito de comprovar a metodologia empregada no projeto dos amplificadores principal e de correção, bem como da estratégia de controle.