Orientador: Walmir de Freitas Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-11T01:48:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pavani_AhdaPionkoskiGrilo_D.pdf: 1263424 bytes, checksum: a9bc6ef797b8137921a5148c04dc44f7 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Esta tese apresenta o desenvolvimento de diversos métodos analíticos para análise de geradores de indução com rotor em gaiola de esquilo conectados em redes de distribuição de energia elétrica. Foram desenvolvidas metodologias para investigar as seguintes questões técnicas: análise de estabilidade de geradores de indução frente a grandes perturbações; análise de estabilidade de geradores de indução frente a pequenas perturbações; determinação dos valores ótimos dos resistores utilizados por diferentes técnicas de energização de geradores de indução e determinação das correntes de curto-circuito fornecidas por geradores de indução durante faltas desequilibradas. Os métodos analíticos desenvolvidos foram validados por meio de comparações dos resultados obtidos através da aplicação das fórmulas propostas com aqueles obtidos através de simulações computacionais empregando-se típicos programas de análise de sistemas de potência e/ou testes experimentais. Os resultados obtidos comprovam que os métodos analíticos propostos são suficientemente precisos para avaliar o comportamento dos geradores de indução com rotor em gaiola de esquilo, reduzindo o esforço usualmente necessário na realização de análise através de simulações computacionais / Abstract: This thesis presents the development of analytical methods for analysis of squirrel-cage induction generators connected to distribution systems. It was developed analytical methods for evaluation of the following technical issues: large-disturbance stability analysis of induction generators; small-disturbance stability analysis of induction generators; determination of optimum resistances employed by energization devices of induction generators and development of formulas to determine the short-circuit currents of induction generators during unbalanced faults. The analytical methods developed were validated by comparing the results obtained by the proposed formulas with those determined by computational simulations employing typical programs of analysis of power systems and/or experimental tests. The results showed that the proposed analytical methods are enough accurate to evaluate the behavior of the squirrel-cage induction generators, reducing the usually necessary effort for analysis by computational simulations / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2017-12-21T17:39:10Z No. of bitstreams: 1 marianabrinatialtomar.pdf: 5565205 bytes, checksum: aed1136ebbc66049baea19e7b7da34fb (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-12-22T12:17:48Z (GMT) No. of bitstreams: 1 marianabrinatialtomar.pdf: 5565205 bytes, checksum: aed1136ebbc66049baea19e7b7da34fb (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-22T12:17:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 marianabrinatialtomar.pdf: 5565205 bytes, checksum: aed1136ebbc66049baea19e7b7da34fb (MD5) Previous issue date: 2017-09-01 / A inserção de geração distribuída em sistemas de potência do mundo todo vem crescendo em ritmo acelerado nos últimos anos. Grandes investimentos em fontes limpas e renováveis, especialmente a eólica e solar, estão sendo feitos pelos países com o objetivo de minimizar os impactos ambientais causados pela geração de energia a partir de combustíveis fósseis. A conexão de uma geração distribuída utilizando fontes intermitentes pode trazer algumas vantagens para o funcionamento do sistema de distribuição, como melhora dos níveis de tensão, aumento da confiabilidade e redução de perdas elétricas. Porém, do ponto de vista do sistema de transmissão, a conexão desse tipo de geração em algumas áreas do sistema pode acabar tendo um impacto negativo em sua operação, causando variações de tensão que podem afetar alguns equipamentos da rede e aumentar a complexidade de sua operação. Além disso, deve ser avaliado seu impacto no controle de frequência de carga e controle de tensão entre outros aspectos. Desta forma, pode-se verificar que esse tipo de conexão deve ser estudado com um maior nível de profundidade. A partir deste contexto, neste trabalho serão analisados os impactos sistêmicos da conexão de uma geração solar em sistemas elétricos de potência, avaliando os níveis de perdas elétricas e variações nos níveis de tensão. Duas metodologias de solução do fluxo de potência na presença de incertezas são avaliadas. As incertezas consideradas estão nos dados de geração e também de carga do sistema. A primeira metodologia é baseada na solução do fluxo de carga determinístico sequencial ao longo da curva de carga. Para esta metodologia são consideradas curvas de carga e de geração, obtidas através do Sistema Teste de Confiabilidade IEEE24 barras e do Laboratório Solar da UFJF, respectivamente. São analisados os impactos nos níveis de perdas elétricas, assim como a variação dos níveis de tensão nas barras para diferentes situações de geração. A segunda metodologia avaliada é baseada na utilização de aritmética affine para determinação dos impactos destas incertezas. Os resultados de perdas obtidos serão tratados considerando-se o ponto médio dos intervalos para fins de comparação com outras metodologias. Os resultados das duas metodologias são comparados aos obtidos pelas Simulações de Monte Carlo, com o objetivo de serem validados. / The insertion of distributed generation into worldwide power systems has been increasing at a rapid pace in the last few years. Large investments in clean and renewable sources, especially wind and solar, are being made by countries to minimize the environmental impacts caused by fossil fuel power generation. Connecting a distributed generation using intermittent sources can bring some benefits for the operation of the distribution system, such as improved voltage levels, increased reliability and reduction of electrical losses. However, from the point of view of the transmission system, the connection of this type of generation in some areas of the system can end up having a negative impact on its operation, causing voltage variations which can affect network equipments and increase the operation complexity. In addition, impacts on the load frequency control and voltage control among other aspects must be evaluated. Thus, this type of connection must be studied with greater level of depth. In this context, the systemic impacts of the connection of a solar plant to electrical power systems, evaluating the levels of electrical losses and variations in voltage levels are analysed. Two methodologies for solving the power flow in the presence of uncertainties are evaluated. The uncertainties considered are the generation and system load data. The first methodology is based on sequential Newton power flow solutions along the load curve, in which load and generation curves obtained from the IEEE24 Bus Test System and from the UFJF Solar Laboratory, respectively. The impacts on the electrical losses are analyzed, as well as the variation on bus voltage levels in the bars for various generation conditions. The second methodology is based on the use of affine arithmetic to determine the impacts of these uncertainties. The results of losses obtained will be treated considering the average point of the intervals for comparisons with other methodologies. The results obtained from the two methods are compared with those obtained by the Monte Carlo Simulations, in order to validate them.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-10-06T12:04:38Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Lázaro Rubens Araújo Pinto - 2017.pdf: 16272237 bytes, checksum: 9f3d1693d0282cbf28a35702c1a9cf17 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-10-06T12:04:51Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Lázaro Rubens Araújo Pinto - 2017.pdf: 16272237 bytes, checksum: 9f3d1693d0282cbf28a35702c1a9cf17 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-06T12:04:52Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Lázaro Rubens Araújo Pinto - 2017.pdf: 16272237 bytes, checksum: 9f3d1693d0282cbf28a35702c1a9cf17 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-08-07 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This work proposes an analysis of the closed-loop operation of a distributed generation system connected to a three-phase four-wire AC power system by a three-phase four-leg inverter. The modulation strategy adopted for this inverter is determined by the Model Predictive Control (MPC) method. Reasons for the use of this topology and the control method are discussed. The chosen structure for the MPC predictive control aims to supply of active and reactive power by the inverter in order to maximize the power factor measured by the four-wire AC source (Y-n). Four possible cases of operation are reported for the analysis of the proposal in the three-phase four-leg inverter and other two cases for a three-phase full-bridge inverter (3F) for comparison purposes. Based on the monitoring of the active powers involved and the other variables of interest, it was possible to exemplify the achievement of the proposed objectives and validate the adopted method, at least under modeling and software simulation level. / Este trabalho propõe uma análise da operação em malha fechada de um sistema de geração distribuída para conexão em um sistema trifásico a quatro fios, a partir do controle de um inversor trifásico a quatro braços. A estratégia de modulação adotada para este inversor é determinada pelo método de controle preditivo baseado em modelo (MPC - Model Predictive Control). Justificativas para a utilização dessa topologia e do método de controle são discutidas. A estrutura escolhida para o controle preditivo MPC objetiva o fornecimento de potência ativa e reativa pelo inversor tendo em vista a maximização do fator de potência medido a partir da fonte pela fonte CA a quatro fios (Y-n). Quatro casos são abordados para análise da proposta no inversor trifásico a quatro braços e dois casos para um inversor trifásico em ponte completa (3F) para efeito de comparação. Baseando-se no monitoramento das potências elétricas envolvidas e nas demais grandezas de interesse, foi possível concluir que os resultados de simulações exemplificam o alcance dos objetivos propostos e validam o método adotado, pelo menos em relação à modelagem matemática empregada e à simulação do sistema de geração proposto em ambiente computacional.

Submitted by Marlene Santos (marlene.bc.ufg@gmail.com) on 2017-12-18T16:25:14Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Ciliana Karine Dias Lima - 2017.pdf: 23149224 bytes, checksum: c070892c298f576da2daf6724723a45b (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-12-19T12:03:47Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Ciliana Karine Dias Lima - 2017.pdf: 23149224 bytes, checksum: c070892c298f576da2daf6724723a45b (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-19T12:03:47Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Ciliana Karine Dias Lima - 2017.pdf: 23149224 bytes, checksum: c070892c298f576da2daf6724723a45b (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-12-11 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Sustainable development is a present issue in world society and it is also a strategic challenge for Cape Verde’s energy policy in coming years because the large fragilities in the electrical system in Cape Verde such as, dependence on imports of fuels, geographical dispersion, the high costs associated with managing energy systems and the great energy waste. The bet on photovoltaic systems may be one of the alternatives to reducing these fragilities. In this context, the present work highlights the great existent potential for use of renewable energy focused on solar energy. The text describes incentives for the production of electric energy based on renewable sources and presents analyses on the implementation of two grid-connected photovoltaic systems in the island of São Vicente. One of the systems is a photovoltaic rooftop 19.8 kWp plant installed in a public secondary school building and the other system is 3 MWp photovoltaic power plant connected to electrical utility grid in São Vicente Island. The study included design, operation simulation of São Vicente Island distribution network in the presence and absence of photovoltaic systems and financial analyses in order to determine payback time, actual present value, intern return rate of investment and financial sensibility analyses to assess the influence of Wp cost and interest rate on the financial figures. The results show that the implementation of photovoltaic systems is attractive in financial and technical terms, the microgeneration system causes a large reduction in energy acquired by the network, and the large power plant has not worsened the appropriate operating voltage levels and decreased the system's active losses. / O desenvolvimento sustentável é uma questão presente na sociedade mundial e é também um desafio para a política energética de Cabo Verde nos próximos anos, devido às grandes fragilidades do sistema elétrico do arquipélago, tais como a forte dependência da importação dos combustíveis fosseis, a dispersão geográfica, os elevados custos associados à gestão dos sistemas energéticos e o grande desperdício energético. A aposta em sistemas fotovoltaicos é uma das alternativas para a redução dessas fragilidades. Neste contexto, o presente trabalho destaca o grande potencial existente em Cabo Verde para utilização de energia renovável com o foco na fonte solar. O trabalho descreve os incentivos legais locais para a produção de energia elétrica com base em fontes de origem renovável e apresenta a análise da implantação de dois sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica na ilha de São Vicente. Um deles é um sistema de microgeração fotovoltaica de 19,8 kWp instalado em um edifício público de ensino e o outro é uma usina fotovoltaica de grande porte de 3 MWp, ligada à rede elétrica e também localizada na ilha de São Vicente. O estudo inclui o dimensionamento, a simulação de operação da rede de distribuição da ilha de São Vicente na ausência e na presença de sistemas fotovoltaicos. São feitas análises financeiras a fim de determinar o tempo de retorno dos investimentos, o valor atual líquido e a taxa interna de retorno dos investimentos. Também é feito uma análise de sensibilidade financeira para avaliar a influência do custo do Wp instalado e da taxa de juros do financiamento sobre os parâmetros financeiros. Os resultados mostram que a implementação dos sistemas fotovoltaicos é atrativa em termos financeiros e técnicos. A instalação do sistema de microgeração provoca uma grande redução da energia adquirida junto à rede pela unidade consumidora. É mostrado também que a usina de grande porte notadamente não alterou os níveis de tensão de funcionamento da rede e proporcionou uma diminuição das perdas ativas do sistema.

Os sistemas elétricos de potência modernos apresentam inúmeros desafios em sua operação. Nos sistemas de distribuição de energia elétrica, devido à grande ramificação, presença de extensos ramais monofásicos, à dinâmica das cargas e demais particularidades inerentes, a localização de faltas representa um dos maiores desafios. Das barreiras encontradas, a influência da impedância de falta é uma das maiores, afetando significativamente a aplicação dos métodos tradicionais na localização, visto que a magnitude das correntes de falta é similar à da corrente de carga. Neste sentido, esta tese objetivou desenvolver um sistema inteligente para localização de faltas de alta impedância, o qual foi embasado na aplicação da técnica de decomposição por componentes ortogonais no pré-processamento das variáveis e inferência fuzzy para interpretar as não-linearidades do Sistemas de Distribuição com presença de Geração Distribuída. Os dados para treinamento do sistema inteligente foram obtidos a partir de simulações computacionais de um alimentador real, considerando uma modelagem não-linear da falta de alta impedância. O sistema fuzzy resultante foi capaz de estimar as distâncias de falta com um erro absoluto médio inferior a 500 m e um erro absoluto máximo da ordem de 1,5 km, em um alimentador com cerca de 18 km de extensão. Tais resultados equivalem a um grau de exatidão, para a maior parte das ocorrências, dentro do intervalo de ±10%. / Modern electric power systems present numerous challenges in its operation. Fault location is a major challenge in Power Distribution Systems due to its large branching, presence of single-phase laterals and the dynamic loads. The influence of the fault impedance is one of the largest, significantly affecting the use of traditional methods for its location, since the magnitude of the fault currents is similar to the load current. In this sense, this thesis aimed to develop an intelligent system for location of high impedance faults, which was based on the application of the decomposition technique of orthogonal components in the pre-processing variables and fuzzy inference to interpret the nonlinearities of Power Distribution Systems with the presence of Distributed Generation. The data for training the intelligent system were obtained from computer simulations of an actual feeder, considering a non-linear modeling of the high impedance fault. The resulting fuzzy system was able to estimate distances to fault with an average absolute error of less than 500 m and a maximum absolute error of 1.5 km order, on a feeder about 18 km long. These results are equivalent to a degree of accuracy for the most occurrences within the ± 10% range.

Made available in DSpace on 2016-08-17T14:52:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao-JoaoEduardoRibeiroBaptista.pdf: 2670437 bytes, checksum: 709f4ff36e9da086fee6d4ce44374bb1 (MD5) Previous issue date: 2016-03-15 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Driven by the high indices of solar irradiation in Brazil, the increasing reduction on the price of the photovoltaic solar panels and the high tariffs charged by the utility companies, the photovoltaic distributed generation (PVDG) shall considerably increase its participation percentage in the Brazilian energy matrix in the next years. Due to this tendency, it is important to know the technical impacts of the connection of PVDG to electric grid. It is known that the insertion of DG affects the short circuit levels. One of the most important power quality disturbances in sensitive loads are the short duration voltage variations (SDVV) caused mainly by short circuits (faults) in the electric network. Thus, the insertion of PVDG has the potential to affect quality indices associated with SDVV. However, the power output of the PVDG depends on the stochastic environmental conditions, i.e., the solar irradiance and the environmental temperature. Due to this, a precise assessment of the impact of PVDG on the indices associated with SDVV must be carried out considering uncertainties related to these environmental conditions. This work assessed the impact of PVDG in the SDVV indices of the secondary distribution system proposed by the CIGRÈ using a probabilistic approach. For this purpose, it was developed a model based on the following techniques: network representation in phase coordinates, admittance summation method, failure rate model based on loading condition, state enumeration method and data clustering. Uncertainties in the fault scenario (for example, fault location, type and resistance) and in the output power variation of the PVDG due to random variations of the solar irradiance and the environmental temperature were considered. The fault scenario uncertainties were modeled according to their known probability distributions, while the one related to the input parameters of the PVDG were modeled using data clustering techniques. The state enumeration method based on fault position was chosen to perform the probabilistic prediction of the SDVV indices after a careful comparison between this method and the Monte Carlo simulation method considering both precision and computational effort. The admittance summation method was used to obtain the pre-fault and the post-fault states of the network. It was proposed an improvement of this method in order to reduce the CPU time of the short-circuit states evaluation. It was also proposed a model to obtain the failure rate of a feeder section according to the loading condition of its conductors. This model intended to investigate the variation on SDVV indices due to changing in the reliability data of the feeders caused by the variation on their loading which is caused by the insertion of PVDG in the system. Tests carried on the CIGRÈ low voltage system showed that the insertion of PVDG has little direct effect in the SDVV indices, but it can significantly reduce the indices by the indirect effect of the failure rate reduction caused by the decrease in the distribution network loading. / Impulsionada pelos altos índices de irradiação solar no Brasil, pela crescente redução do preço dos painéis fotovoltaicos e pelas altas tarifas praticadas pelas concessionárias, a geração distribuída fotovoltaica (GDFV) deve aumentar consideravelmente seu percentual de participação na matriz energética brasileira dos próximos anos. Devido a esta tendência, é importante que se conheçam os impactos técnicos da conexão da GDFV à rede elétrica. Sabe-se que a inserção de GD afeta os níveis de curto-circuito. Um dos distúrbios de qualidade de energia mais impactantes em cargas sensíveis são as variações de tensão de curta-duração (VTCD), cuja principal causa são os curtos-circuitos (faltas) na rede elétrica. Desta forma, a inserção de GDFV tem potencial para afetar índices de qualidade associados com as VTCD. No entanto, a potência de saída da GDFV depende de fatores ambientais estocásticos, i.e., a irradiância solar e a temperatura ambiente. Devido a isto, uma determinação precisa do impacto da GDFV nos índices associados com VTCD deve ser realizada considerando as incertezas relacionadas a tais fatores ambientais. Este trabalho avaliou o impacto da GDFV nos índices de VTCD do sistema de distribuição secundário proposto pelo CIGRÈ a partir de um enfoque probabilístico. Para tanto, desenvolveu-se um modelo baseado nas técnicas: representação da rede em coordenadas de fase, método de soma de admitâncias, modelo de taxa de falha baseado na condição de carregamento, método de enumeração de estados e agrupamentos de dados. Foram consideras as incertezas nos cenários de falta (por exemplo, local, tipo e resistência de falta) e na potência de saída da GDFV devido às variações estocásticas na irradiância solar e na temperatura ambiente. As incertezas do cenário de faltas foram modeladas de acordo com suas distribuições de probabilidade conhecidas, enquanto as relacionadas aos parâmetros de entrada da GDFV foram modeladas utilizando-se técnicas de agrupamentos de dados. O método de enumeração de estados baseado nas posições de falta foi escolhido para efetuar a predição probabilística dos índices de VTCD, após criteriosa comparação deste com o método de simulação Monte Carlo em termos de precisão e esforço computacional. O método de soma de admitâncias foi utilizado para obtenção dos estados pré-falta e pós-falta da rede. Foi proposto um aprimoramento desse método, de forma a reduzir o tempo de execução da avaliação dos estados de curto-circuito. Também foi proposto um modelo de obtenção da taxa de falha de uma seção de alimentador de acordo com a condição de carregamento dos seus condutores. Este modelo buscou investigar a variação nos índices de VTCD resultante da alteração dos dados de confiabilidade dos alimentadores provocada pela variação no carregamento dos mesmos, causada, por sua vez, pela inserção de GDFV no sistema. Os resultados dos testes no sistema de baixa tensão do CIGRÈ mostraram que a inserção de GDFV pouco afeta os índices de VTCD de forma direta, mas pode reduzir os índices significativamente de forma indireta devido à redução das taxas de falha anuais dos alimentadores causada pela diminuição no carregamento da rede de distribuição.

Made available in DSpace on 2016-08-17T14:52:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Heitor Hugo Dias Mangueira.pdf: 499392 bytes, checksum: 0ab64bec14057aedb36d224a57047e6d (MD5) Previous issue date: 2005-07-05 / In this work, the spread of the uncertainties of wind power generation systems on a network is evaluated. The study uses a flow of power foggy multi-linearized. / Neste trabalho, a propagação das incertezas dos sistemas de geração eólica em rede é avaliada. O estudo utiliza um fluxo de potência nebuloso multi-linearizado.

Made available in DSpace on 2016-08-17T16:54:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese Jose Gomes de Matos.pdf: 8310310 bytes, checksum: b4d88d65be5edbb4f214f9dd09ed8f3b (MD5) Previous issue date: 2014-03-31 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This work proposes a new strategy to control the generated power in an alternating current autonomous microgrid that has distributed generators and battery banks. There are no restrictions regarding the type of generator to be connected, however in this particular study the effectiveness of the proposed strategy is analyzed by considering that the power source is a wind turbine coupled to a permanent magnet synchronous generator. The microgrid analyzed consists of at least one bidirectional electronic converter powered by a battery bank, which has the function of forming the microgrid; an electronic converter connected to a wind turbine generator, which operates as a power supplier to the microgrid; loads, and other peripheral systems of control and maneuver. The main objective of the proposed strategy is to maintain the terminal voltages of battery banks under control and below its upper limit, even when momentarily the power demanded by the loads connected to the microgrid is less than the power sources generation capacity. The proposed strategy controls the terminal voltage of the battery banks, controlling the power output that comes from the generators. This is done without the use of dump loads or any physical communication between the electronic converters connected to the battery banks and the electronic converters connected to the generators. A modified droop control technique, based on the grid frequency, is used to inform to the power generator electronic converters on the amount of energy they need to generate in order to maintain the state of charge of the battery banks below their limits. The work also presents the methodology to design and tuning the controllers of the associated variables of the generation system. This includes the voltage and frequency grid, the active and reactive power generated by the generators, the DC bus voltages in all electronic power converters and the terminal voltage of the battery banks. All controllers are designed in the discrete domain. A strategy to decouple the effects of the input disturbances is incorporated, into each controller. Special attention is given to the grid voltage controller due the fact that the effect of the load current disturbance is very significant for the grid power quality. Issues x related to the operation of the wind turbine on its maximum power point are also addressed in the control of the power electronic converter connected to the generator. The control strategy proposed in this study is validated through experimental results obtained using a microgrid prototype of 15 kW rated power. / Este trabalho propõe uma nova estratégia para controle da potência gerada em uma microrrede isolada, que opera em corrente alternada e que dispõe de geradores e bancos de baterias distribuídos ao longo da mesma. Embora não haja restrições quanto ao tipo de gerador a ser conectado à microrrede, neste estudo a aplicabilidade da estratégia proposta é analisada considerando a fonte de potência como sendo uma turbina eólica acoplada a um gerador síncrono a imãs permanentes. A microrrede estudada é composta de um conversor eletrônico bidirecional, alimentado por um banco de baterias, que tem a função de formar a microrrede; um conversor eletrônico ligado ao gerador da turbina eólica e que funciona como alimentador da microrrede; além das cargas e demais sistemas periféricos de controle e manobra. O principal objetivo dessa estratégia é controlar a tensão terminal dos bancos de baterias abaixo de um determinado valor limite, mesmo quando momentaneamente a potência demandada pela carga conectada à microrrede seja inferior à capacidade de geração das fontes de potência. A estratégia proposta controla a tensão dos bancos de baterias, controlando a energia gerada que vem dos geradores. Isto é feito sem a utilização de carga auxiliar para consumir o excesso de energia e sem comunicação física entre os conversores eletrônicos dos bancos de baterias e os conversores eletrônicos conectados aos geradores. Uma técnica de controle droop modificada, com base na frequência da microrrede, é usada para informar aos conversores dos geradores sobre a quantidade de energia que eles estão liberados para gerar, a fim de manter a tensão dos bancos de baterias abaixo dos seus valores limites. O trabalho ainda apresenta as sistemáticas de projeto e sintonia dos controladores das variáveis associadas com o sistema de geração. Isso compreende o controle da tensão e da frequência da microrrede, o controle das tensões nos barramentos de corrente contínua de todos os conversores eletrônicos de potência e o controle da tensão terminal dos bancos de baterias. Todos os controladores são projetados no domínio discreto. Uma estratégia de desacoplamento dos efeitos das entradas de perturbações é incorporada a cada controlador. Nesse enfoque, é dada atenção especial ao controlador de tensão da microrrede, cujo efeito da viii perturbação da corrente da carga é muito significativo para a qualidade de energia do sistema de geração. As questões relativas à maximização do aproveitamento energético das fontes renováveis são contempladas no controle do conversor da turbina eólica. A estratégia de controle proposta neste trabalho é validada a partir de resultados experimentais obtidos com um protótipo de microrrede de potência nominal 15 kw.

A utilização de conversores multiníveis tem sido uma importante alternativa para aplicações de alta potência e média tensão, graças aos altos níveis de potência alcançáveis por estas estruturas. Recentemente, esta topologia de conversores foi aplicada em sistemas com fontes alternativas para alimentar um sistema de geração distribuída, nos quais diferentes fontes de energia eram utilizadas. Com base nas características dos conversores multinível e sua potencial aplicabilidade em sistemas de geração distribuída, este trabalho tem como objetivo construir um sistema multinível conectado a rede de distribuição para utilização de fontes alternativas de energia como fontes primárias. Considerando que a energia fornecida pelas fontes alternativas pode sofrer variações, propõe-se a integração de sistemas armazenadores de energia, como capacitores, ao sistema multinível. Por isso, este trabalho desenvolve uma estratégia de controle para máxima transferência de potência ativa entregue à rede a fim de obter um fluxo ótimo. A topologia multinível deste trabalho possui em sua configuração dois módulos inversores conectados em série. Neste caso, é possível que pelo menos um desses inversores funcione com uma modulação em baixa frequência processando a maior parcela de potência. Assim, duas estratégias de controle modulação de fase e modulação de amplitude para a transferência de potência realizada pelo inversor de baixa frequência são analisadas. As vantagens e desvantagens de cada um dos métodos são expostas e então a estratégia mais adequada, no caso a modulação de amplitude, é utilizada na operação do conversor multinível. Além disso, são apresentados a modelagem das plantas e o projeto dos controladores de cada um dos módulos inversores. Por fim, a validação da proposta é feita através dos resultados de simulações e experimentais que mostram a capacidade do sistema de geração em transferir potência constante para a rede de distribuição e manter a corrente quase sem distorções em fase com a tensão. / The utilization of multilevel converters has been an important alternative for medium voltage applications with high power and power quality demand, thanks to the high power levels achievable for this kind of structure. Recently, this converter topology was proposed as a new possibility in renewable energy source applications, mainly in system delivering power to the grid, where different renewable energy resources may be used. Based on the characteristics of multilevel converters, and their potential applicability in distributed generation systems, this study aims to build a multilevel system that could be powered by renewable energy sources as primary sources and then connect them to a distribution grid. However, considering the energy produced by alternative sources can vary, it is analyzed the integration of a storage energy system in this multilevel topology. Taking into account this ends, the main concern of this study is related to the development of a control strategy to maximize the active power transferred to the grid. The multilevel topology employed in this study has two H-bridge inverter modules connected in series forming a cascaded configuration. Therefore, it is possible that at least one of these inverters, operating with a low frequency of modulation, process the majority of power with lower amount of losses. On this way, two control strategies for power transfer are analyzed. The advantages and disadvantages of each method are presented, and the most appropriated strategy is used in the operation of the multilevel converter system. In addition, it has been presented the design criteria for each controller and finally the validation of the proposed approach is done by mains of simulations and experimental results which show the ability of the converter to transfer constant active power to the grid and keep the grid current in phase with the grid voltage.

Este trabalho propõe um sistema fotovoltaico (PV) multifuncional conectado a um sistema elétrico trifásico a quatro fios e operando com estratégia dual de compensação ativa de potência. Além da injeção de potência ativa na rede elétrica, o sistema PV operara como um condicionador unificado de qualidade de energia (UPQC) suprimindo as correntes harmônicas da carga e compensando a potência reativa. Adicionalmente, tensões balanceadas, reguladas e livre de harmônicos são fornecidas para a carga. O sistema PV-UPQC é baseado em uma estratégia de compensação dual, na qual o conversor série opera como uma fonte de corrente senoidal, enquanto o conversor paralelo atua como uma fonte de tensão senoidal. Como resultado, nenhum comportamento transitório é observado na troca entre os modos de operação ilhado e interconectado do sistema PV-UPQC. Além disso, para contornar os problemas associados às mudanças bruscas de irradiação solar, uma malha de controle feed-forward atua na geração das referências de corrente do conversor série, de modo que se obtenha um rápido balanço de potência entre o sistema PV e a rede elétrica. Como resultado, as respostas dinâmicas tanto da corrente elétrica quanto da tensão do barramento CC são melhoradas. A análise detalhada envolvendo o fluxo de potência ativa dos inversores é realizada proporcionando um melhor entendimento sobre a operação do sistema PV-UPQC, bem como auxiliando no dimensionamento dos conversores de potência. Resultados de simulação e experimentais são apresentados para avaliar os desempenhos estáticos e dinâmicos do PV-UPQC conectado ao sistema elétrico de distribuição. / This work proposes a multifunctional single-stage three-phase four-wire grid-connected photovoltaic (PV) system operating with a dual active power-line compensating strategy. Besides injection of active power into the grid, the PV system operates as a unified power quality conditioner (UPQC), suppressing the load harmonic currents and compensating reactive power. Additionally, regulated, balanced and harmonic free output voltages are provided to the load. Since the PV-UPQC is based on a dual compensation strategy, the series converter operates as a sinusoidal current source, whereas the parallel converter operates as a sinusoidal voltage source. Thus, seamless transition can be achieved from the interconnected to the islanding operation modes, and vice-versa, without load voltage transients. Moreover, to overcome problems associated with sudden solar irradiation changes, fast power balance involving the PV array and the grid is obtained, since the feed-forward control loop acts on the generation of the series inverter current references. As a result, the dynamic responses of both inverter currents and dc-bus voltage are improved. Detailed analysis involving the active power flow through the inverters is performed allowing proper understanding of the PV-UPQC operation, as well as assisting to design of the power converters. Simulation and experimental results are presented to evaluate both dynamic and static performances of the PV-UPQC tied to the electrical distribution system.