Ingeniero Civil Electricista / La instalación de una central PMGD en un alimentador de distribución con mayor consigna de generación que demanda del alimentador, lejana de la cabecera y con una importante concentración de carga en los sectores aledaños, invierte el flujo de potencia activa implicando una fuerte dependencia del control de voltaje con el despacho de la central. La central solo puede controlar la tensión estableciendo un despacho de potencia reactiva que mantenga la magnitud de las tensiones en niveles dentro de la franja normativa. Esto disminuye los ingresos de la central debido a las ventas de energía y potencia. Cuando la central es desconectada abruptamente, se pierde la capacidad de control de tensión en el alimentador provocando desconexiones automáticas de cargas debido al bajo voltaje. La solución desarrollada para resolver estos problemas es instalar de forma anexa a la central un compensador estático de reactivos para sistemas de distribución (DSTATCOM) que inyecte o absorba de forma independiente los reactivos necesarios para controlar la magnitud de las tensiones en las barras en el alimentador. Para evaluar la factibilidad técnica de la instalación del DSTATCOM se comprueba que ante los problemas señalados, la normativa chilena referente a niveles de tensión y suficiencia de elementos serie se cumple al conectar el dispositivo. Para evaluar la factibilidad económica, se compara el aumento de las ganancias por mayor venta de energía con el monto total de inversión. Como resultado del trabajo de titulo, se concluye que la instalación del dispositivo DSTATCOM permite controlar la magnitud de la tensión en barras manteniéndolas dentro de la franja normativa. Además, el beneficio de instalar un dispositivo DSTATCOM posibilita el incremento de las ventas de potencia y energía al permitir regular el voltaje a través del dispositivo estático. Así, la central generadora puede despachar su unidad a su potencia activa máxima y con un factor de potencia igual a uno (f.p =1). En el caso práctico revisado en el presente trabajo, la central El Diuto conectada a la red de distribución de Coopelan, todas las inversiones son recuperadas en el quinto año luego del aumentar el punto de operación de la unidad generadora a su capacidad nominal máxima.

Doctor of Philosophy / Department of Electrical and Computer Engineering / Ruth Douglas Miller / This dissertation presents the design of a novel multi-level inverter with FACTS capability for small to mid-size (10–20kW) permanent-magnet wind installations using modular multi-level converter (MMC) topology. The aim of the work is to design a new type of inverter with D-STATCOM option to provide utilities with more control on active and reactive power transfer of distribution lines. The inverter is placed between the renewable energy source, specifically a wind turbine, and the distribution grid in order to fix the power factor of the grid at a target value, regardless of wind speed, by regulating active and reactive power required by the grid. The inverter is capable of controlling active and reactive power by controlling the phase angle and modulation index, respectively. The unique contribution of the proposed work is to combine the two concepts of inverter and D-STATCOM using a novel voltage source converter (VSC) multi-level topology in a single unit without additional cost. Simulations of the proposed inverter, with 5 and 11 levels, have been conducted in MATLAB/Simulink for two systems including 20 kW/kVAR and 250 W/VAR. To validate the simulation results, a scaled version (250 kW/kVAR) of the proposed inverter with 5 and 11 levels has been built and tested in the laboratory. Experimental results show that the reduced-scale 5- and 11-level inverter is able to fix PF of the grid as well as being compatible with IEEE standards. Furthermore, total cost of the prototype models, which is one of the major objectives of this research, is comparable with market prices.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-06-01T17:54:00Z No. of bitstreams: 1 samuelnevesduarte.pdf: 5789380 bytes, checksum: b5b511b2ce2bf7c5f0c6c6b3ef94a9c1 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-06-02T15:58:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 samuelnevesduarte.pdf: 5789380 bytes, checksum: b5b511b2ce2bf7c5f0c6c6b3ef94a9c1 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-02T15:58:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 samuelnevesduarte.pdf: 5789380 bytes, checksum: b5b511b2ce2bf7c5f0c6c6b3ef94a9c1 (MD5) Previous issue date: 2017-03-08 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Esta dissertação propõe estratégias de energização/desenergização de um compensador estático síncrono para distribuição. É também proposta uma alteração na topologia do compensador estático síncrono com a inclusão de dois circuitos capazes de realizar o procedimento de energização/desenergização proposto. O primeiro circuito é baseado em um retificador semi–controlado enquanto o segundo circuito é baseado na topologia de um gradador. A metodologia de controle é derivada da modelagem matemática do circuito equivalente formado durante a energização e a desenergização. A equação obtida é resolvida numericamente pelo método de Newton-Raphson e posteriormente usa-se uma aproximação linear por partes para representar os pontos intermediários da curva que relaciona a tensão do barramento CC do compensador com o ângulo de disparo dos tiristores. Um modelo digital do compensador estático, desenvolvido no programa PSIM, e um modelo experimental de pequena escala (3,8 kVA/220 V) são usados para validar a metodologia proposta. Resultados de simulação e experimentais demonstram a eficiência dos controladores de energização e desenergização. / This dissertation proposes strategies to energize/de-energize a distribution static synchronous compensator. It is also proposed a change in the topology of the static synchronous compensator with the inclusion of two circuits capable of performing the energization/de-energization procedure. The first circuit is based on a semi-controlled rectifier while the second one is based on a grader. The control methodology is derived from the mathematical modeling of the equivalent circuit formed during the energization and de-energization process. The resulting equation is numerically solved by the Newton-Raphson method and a piecewise linear method is used to model the curve that relates the DC bus voltage of the compensator to the firing angle of the thyristors. A digital model, in the PSIM program, and a small scale laboratory prototype (3,8 kVA/220 V) are used to validate the proposed methodology. Simulation and experimental results demonstrates the effectiveness of the energization and de-energization controllers.

Made available in DSpace on 2016-12-12T20:27:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rubens Hock.pdf: 9150198 bytes, checksum: dc75d13b884c75e842633257c0db27e6 (MD5) Previous issue date: 2015-02-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This paper presents a mobile voltage regulator based in a Distribution Static Synchronous Compensator (DSTATCOM) applied to low voltage distribution grids. The DSTATCOM consists in a three-phase four-wire inverter connected to the grid through a second order low pass filter. The control structure is composed of three output voltage loops with active damping and the two dc bus loops. In addition, a new concept of Minimum Power Point Tracking (mPPT) is introduced, forcing the DSTATCOM to operate with the minimum power. In certain conditions, this means no compensation. The dynamic models of the converter are presented, as well as the control design. Simulation results show the capacity of voltage regulation and the features of the mPPT, even under grid and load unbalances and nonlinear loads. This work is concluded with the construction of a 30 kVA prototype and validation through experimental results proves the proper functioning of the voltage regulator. / Esse trabalho apresenta um regulador de tensão móvel baseado em um compensador estático de reativos (DSTATCOM) aplicado a redes de distribuição de baixa tensão. O DSTATCOM consiste em um inversor trifásico a quatro fios conectado à rede através de um filtro de segunda ordem. A estrutura de controle é composta por três malhas de tensão de saída com amortecimento ativo e duas malhas de tensão do barramento cc. Em adição, um novo conceito de rastreamento da mínima potência (mPPT) é introduzido, forçando o DSTATCOM a operar com a mínima potência. Em certas ocasiões, isso significa nenhuma compensação. Os modelos dinâmicos do conversor são apresentados, assim como o projeto de controle. Resultados de simulação mostram a capacidade de regulação da tensão e as características do mPPT, mesmo com desequilíbrios na rede e/ou na carga e com cargas não lineares. O trabalho é concluído com a construção de um protótipo de 30 kVA e validação dos estudos através de resultados experimentais obtidos comprovam o bom funcionamento do regulador de tensão.

Made available in DSpace on 2016-12-12T20:27:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jean Carlo da Cunha.pdf: 16855564 bytes, checksum: 337fd862ee9c2affb80cdde33c7439e5 (MD5) Previous issue date: 2015-08-14 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho apresenta um esquema de controle de um Compensador Estático para rede de Distribuição (DSTATCOM), utilizado para regular a magnitude da tensão no ponto de acoplamento de carga (PAC) e também possui a função de eliminar harmônicas de tensão através da detecção da tensão no PAC. A regulação da magnitude da tensão é efetuada através da injeção de corrente em quadratura no PAC e a mitiga ção de harmônicas é efetuada através da leitura da tensão do PAC e geração de correntes harmônicas capazes de compensar as distorções na tensão do PAC, sem a necessidade da leitura de corrente da rede ou da carga. O regulador é implementado através de um conversor VSI trifásico à quatro os conectado em paralelo com a rede de distribuição. A potência ativa drenada pelo conversor é somente para suprir suas perdas e controlar a tensão do barramento CC. Este trabalho possui resultados de simulação para o sistema completo bem como resultados experimentais.

Orientador: Prof. Dr. Claudionor Francisco do Nascimento / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2014. / Os sistemas de distribuição de energia elétrica, de um modo geral, são radiais. Estes sistemas podem possuir problemas de qualidade da energia elétrica em suas barras, tais como os desequilíbrios de tensão e de corrente. Ademais, as redes de distribuição podem conter uma grande quantidade de cargas monofásicas e trifásicas desequilibradas, indutivas e não lineares, o que pode resultar nos seguintes problemas: baixo fator de potência, desequilíbrio de tensão e distorção harmônica. Nesse sentido, devido à dinâmica destas cargas e a ocorrência de fenômenos, como afundamento de tensão por partidas de grandes motores e curtos-circuitos, há a necessidade de solução destas anormalidades, com respostas rápidas de estabilização. De maneira a atender a esta necessidade, os resultados das recentes pesquisas baseadas na eletrônica de potência têm proporcionado a utilização de equipamentos capazes de trabalhar em sistemas de potência de alta tensão. Esse avanço permite aplicações de dispositivos FACTS (Flexible Alternating Current Transmission Systems) nas operações de flexibilidade e mitigação de problemas comuns às redes de energia elétrica de transmissão e de distribuição, melhorando, assim, a qualidade da energia elétrica, o que aumenta a confiabilidade destes sistemas. Com este propósito, o presente trabalho tem como objetivo principal o estudo e a modelagem de um DSTATCOM (Distribution Static Compensator) em um sistema de distribuição de energia elétrica com variações de tensão, avaliando os possíveis benefícios proporcionados a este sistema. Os resultados de simulação foram obtidos com o auxílio do software MatLab/Simuling. / Distribution systems of electric power, in general, are radial. These systems have power quality problems in their power bars, such as the voltage variations. Moreover, the distribution networks contain a large amount of single-phase and three-phase unbalanced loads, inductive and non-linear, which may result in the following problems: low power factor, voltage unbalance, and harmonic distortion. Accordingly, due to the dynamic loads and the occurrence of these phenomena, such as voltage sag matches by large motors and short circuits, there is a need for solution of these abnormalities, with responsive stabilization. In order to meet this need, the results of recent research based on power electronics have provided the use of equipment to work on systems of high voltage power. This advancement allows applications FACTS devices (Flexible Alternating Current Transmission Systems) flexibility in operations and mitigation of problems common to the networks of electricity transmission and distribution, thus improving the quality of electric power, which increases the reliability of these systems. For this purpose, the present work has as main objective the study and modeling of a DSTATCOM (Distribution Static Compensator) in a system of electricity distribution, evaluating the possible benefits provided to the electric power system. The simulation results were obtained with the aid of software Matlab/Simuling. The effectiveness of the work has been proven since the DSTATCOM installed, the distribution network operated within established standards.

“Hardware in the Loop” (HIL) testing is widely used in the automotive industry. The sophisticated electronic control units used for vehicle control are usually tested and evaluated using HIL-simulations. The HIL increases the degree of realistic testing of any system. Moreover, it helps in designing the structure and control of the system under test so that it works effectively in the situations that will be encountered in the system. Due to the size and the complexity of interaction within a power network, most research is based on pure simulation. To validate the performance of physical generator or protection system, most testing is constrained to very simple power network. This research, however, examines a method to test power system hardware within a complex virtual environment using the concept of the HIL. The HIL testing for electronic control units and power systems protection device can be easily performed at signal level. But performance of power systems equipments, such as distributed generation systems can not be evaluated at signal level using HIL testing. The HIL testing for power systems equipments is termed here as ‘Power Network in the Loop’ (PNIL). PNIL testing can only be performed at power level and requires a power amplifier that can amplify the simulation signal to the power level. A power network is divided in two parts. One part represents the Power Network Under Test (PNUT) and the other part represents the rest of the complex network. The complex network is simulated in real time simulator (RTS) while the PNUT is connected to the Voltage Source Converter (VSC) based power amplifier. Two way interaction between the simulator and amplifier is performed using analog to digital (A/D) and digital to analog (D/A) converters. The power amplifier amplifies the current or voltage signal of simulator to the power level and establishes the power level interaction between RTS and PNUT. In the first part of this thesis, design and control of a VSC based power amplifier that can amplify a broadband voltage signal is presented. A new Hybrid Discontinuous Control method is proposed for the amplifier. This amplifier can be used for several power systems applications. In the first part of the thesis, use of this amplifier in DSTATCOM and UPS applications are presented. In the later part of this thesis the solution of network in the loop testing with the help of this amplifier is reported. The experimental setup for PNIL testing is built in the laboratory of Queensland University of Technology and the feasibility of PNIL testing has been evaluated using the experimental studies. In the last section of this thesis a universal load with power regenerative capability is designed. This universal load is used to test the DG system using PNIL concepts. This thesis is composed of published/submitted papers that form the chapters in this dissertation. Each paper has been published or submitted during the period of candidature. Chapter 1 integrates all the papers to provide a coherent view of wide bandwidth switching amplifier and its used in different power systems applications specially for the solution of power systems testing using PNIL.