Submitted by Maicon Juliano Schmidt (maicons) on 2015-05-28T18:41:13Z No. of bitstreams: 1 Carlos Henrique Rôssa.pdf: 936314 bytes, checksum: df5b76514570a833590e8b2cb9176ba5 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-28T18:41:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carlos Henrique Rôssa.pdf: 936314 bytes, checksum: df5b76514570a833590e8b2cb9176ba5 (MD5) Previous issue date: 2014-01-31 / FAPERGS - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul / O presente trabalho tem por objetivo estimar a produção de energia elétrica em sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica (SFCR) a partir da modelagem da radiação solar disponível, tendo como local de análise e estudo a região de Porto Alegre - RS. Dois modelos de céu claro, o Modelo de Hottel e Modelo de ESRA, além do Ano Meteorológico Típico (AMT) para Porto Alegre, foram utilizados no estudo. O Modelo de Hottel foi usado como modelo independente para a verificação da influência entre utilizar a temperatura do ar para dias ensolarados ou a temperatura do ano meteorológico típico (AMT) para todas as simulações. Os dados de irradiância na horizontal foram obtidos a partir do modelo de céu claro de ESRA e do AMT. Para a obtenção da irradiância em superfícies inclinadas, utilizou-se o Modelo de Perez. Os resultados obtidos de produção anual de energia elétrica a partir do AMT e da irradiância horizontal calculada pelo Modelo de ESRA foram comparados e verificou-se grande diferença, chegando o Modelo de ESRA a superestimar a energia produzida em até 27,5%. Essa diferença, como esperado, cai quando se compara somente a energia gerada nos dias completamente ensolarados, chegando a 6,5 % a mais para o Modelo de ESRA, o que sugere que o modelo pode ser empregado com certa confiabilidade em locais com potencial para construção de usinas solares. Para as simulações com o Modelo de ESRA, foi necessário estimar, através do método de Karayel et al. (1984), os coeficientes de turbidez de Linke TL?s para Porto Alegre ? RS. Foram utilizados valores médios mensais nas simulações. Sendo o Modelo de ESRA pouco eficaz na substituição do AMT nas estimativas de produção de energia para Porto Alegre, utilizou-se o AMT para as simulações de produção de energia em SFCR com as tecnologias implementadas. Foram utilizados os módulos BP 585 Sunpower, para células de silício monocristalino, e módulos AP-BP 85 Alps Technology, para células de silício multicristalino. As simulações comparam a produção de energia para as inclinações de 20° e 30°, e verificam que o ângulo de 20° é o mais favorável à produção de energia na região. Além disso, entre esses dois módulos utilizados, o de silício monocristalino apresentou maiores valores de energia produzida em ambas as inclinações. / The present work aims to estimate the production of electric energy in grid-connected photovoltaic systems parting from the available radiation, having as analysis and study site the region of Porto Alegre – RS. Two clear sky model, Hottel Model, ESRA Model, beyond the Typical Meteorological Year (TMY) to Porto Alegre, RS, was used at the work. Hottel Model was used as an independent model for verification of the influence between using the air temperature of sunny days or of Typical Meteorological Year (TMY) for all the simulations. The horizontal irradiance data were obtained from the ESRA clear sky model and the TMY. To obtained the irradiance on sloped surface, we used the Perez Model. The comparisons on a typical sunny day in the TMY showed good coincidence in the obtained values. When comparing the energy production for the whole year, big difference was verified among the results obtained by ESRA Model in relation to the ones obtained by TMY, having the ESRA Model arrived to the extent of overestimating the energy produced in up to 27,5%. This difference, as expected, decays when only the energy generated on completely sunny days is compared, reaching up to 6,5 % more to ESRA Model, which suggests that the model may be employed with certain reliability in places with potential for construction of solar power plants. For the simulations with ESRA Model, it was necessary to estimate Linke TL’s turbidity coefficients for Porto Alegre-RS through the Karayel et al.(1984) method. Average monthly values were used in the simulations. Being ESRA Model, in the current configuration, little effective in the substitution of TMY in Porto Alegre, TMY for simulations of energy production in GCPV was used with the implemented technologies. Modules BP 585 Sunpower were used for monocrystalline silicon cells, and modules AP-BP 85 Alps Technology for polycrystalline silicon cells. The simulations compare the energy production for 20° and 30° inclinations, and verify that the 20° angle is the most favorable to energy production in the region. Furthermore, between these two modules employed, the monocrystalline silicon one presented higher values of produced energy in both inclinations.

<p>U ovoj doktorskoj disertaciji razvijena je tehnika upravljanja za<br />pretvarač energetske elektronike pri nesimetričnim naponskim<br />prilikama u elektroenergetskom sistemu. Kao što je pokazano,<br />primenom tehnike poništavanja signala kašnjenjem moguće je<br />izdvajanje komponenti struje inverznog redosleda i njihovo<br />potpuno poništenje, što će omogućiti pouzdanu kontrolu<br />komponenti struje direktnog redosleda upotrebom klasičnih<br />tehnika upraljanja, uz adekvatno unapređenje tehnike za<br />sinhronizaciju sa vektorskim reprezentom napona. Predložena<br />je i upotreba algoritama za poboljšanje parametara kvaliteta<br />električne energije bez dodatnih pasivnih elemenata.</p> / <p>This PhD thesis presents an improved control technique for grid<br />connected converter under asymmetrical voltages at the point of<br />common coupling. As presented, using delay signal cancellation<br />technique it is possible to differentiate and completely mitigate the<br />negative sequence current, offering the possibility of reliable positive<br />sequence current control using classical control algorithms. The<br />improvements made in synchronization offered adequate<br />phase angle estimation under voltage asymmetry. Furthermore, a<br />technique for the improvement of power quality indices without<br />passive elements between the grid and</p>

No Brasil, a necessidade crescente por sistemas de geração solar fotovoltaica conectados à rede de distribuição levou ao desenvolvimento de normas brasileiras para a conformidade de inversores. Assim, de forma a atender a população em geral, foi publicada a Portaria 357, de 01 de agosto de 2014, do Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (INMETRO), que inclui inversores para conexão à rede de potência nominal até 10 kW no Programa Brasileiro de Etiquetagem (PBE). Por possuir os equipamentos necessários para a realização dos ensaios de conformidade com a portaria 357, o Laboratório de Sistemas Fotovoltaicos (LSF) do Instituto de Energia e Ambiente da Universidade de São Paulo passa então a ser o primeiro laboratório acreditado pelo INMETRO para a realização desses ensaios. Este trabalho tem como objetivo resumir as experiências de aplicação das normas brasileiras no ensaio de inversores para o PBE no LSF, sendo levantados os resultados obtidos no ensaio de 15 inversores ao longo de três anos de operação da bancada de ensaio para sistemas conectados à rede. A partir deste levantamento conclui-se que, embora as normas brasileiras exijam rigor em seus requisitos, existem inversores capazes de atender aos requisitos normativos brasileiros, assim como existem inversores que necessitam de implementações nos respectivos firmware de controle para conseguirem atender todos os requisitos. Uma vez que as normas brasileiras são recentes, este trabalho também destaca pontos das normas que se beneficiariam de adequações no corpo do texto, a fim de melhorar as rotinas de ensaios em inversores e critérios de conformidade. / In Brazil, the increasing demand for grid-tie photovoltaic systems lead to the development of the Brazilian standards for inverter quality and evaluation. In order to meet the general population demand, the National Institute for Metrology, Quality and Technology (INMETRO) published the normative nº 357 01/08/2014 to include inverters up to 10 kW in the Brazilian Labeling Program (PBE). For having all the equipment needed for inverter conformity evaluation in accordance with the normative nº 357, the Laboratory of Photovoltaic Systems (LSF) of the Institute of Energy and Environment of the University of Sao Paulo becomes the first INMETRO accredited laboratory for conducting the inverter evaluation in Brazil. This works main goal is to summarize the experience acquired for the appliance of the Brazilian standards for inverter testing in the LSF. The results obtained for the test of 15 different inverters during the first three years operating the inverter test bench are showed. Using the data shown this work concludes that, although the Brazilian standards are rigorous on its criteria, there are inverters capable of complying with the standards requirements and there are inverters that need further software and hardware development in order to comply with all the requirements. Since the Brazilian standards are in its first version, this work also aims to point out aspects of the standard that would benefit from text revising in order to improve the test conditions and conformity criteria.

Submitted by Sandro Camargo (sandro.camargo@unipampa.edu.br) on 2015-05-09T20:45:31Z No. of bitstreams: 1 117110026.pdf: 2752105 bytes, checksum: bd6b8c2341ad7ebc5b553fad3338b56f (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-09T20:45:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 117110026.pdf: 2752105 bytes, checksum: bd6b8c2341ad7ebc5b553fad3338b56f (MD5) Previous issue date: 2014-12-01 / O controle de conversores eletrônicos de potência tem recebido muita atenção devido às suas inúmeras aplicações. Destacam-se especialmente aplicações em problemas de qualidade de energia, onde é necessário injetar uma corrente na rede elétrica de acordo com uma referência. A conexão de conversores na rede elétrica, no entanto, apresenta diversos desafios, como a existência de incerteza paramétrica na planta e distúrbios advindos da rede. Além disso, inerentemente ao seu funcionamento, conversores eletrônicos de potência geram componentes harmônicas de comutação que precisam ser filtradas. A tendência atual das estratégias de controle é o relaxamento da exigência clássica de conhecimento completo da planta a ser controlada, buscando robustez com relação às incertezas paramétricas. Este trabalho apresenta uma estratégia de controle capaz de rejeitar distúrbios e apresentar bom desempenho frente a incertezas, utilizando técnicas de controle multimalhas e controle adaptativo. Por fim, são apresentados resultados de simulação, e resultados experimentais que mostram o bom funcionamento do sistema. / Voltage-source converter control is being very exploited due to its numerous applications. Special attention is given to energy quality applications, which demand the injection of currents in the grid according to a reference current. The connection of converters to the grid, however, presents several challenges such as parametric uncertainty associated to the plant and disturbances coming from the grid. Furthermore, inverters generate switching harmonics that need to be filtered. The tendency in control strategies is the relaxation of the classical requirement of complete knowledge of the plant, seeking robustness with respect to parametric uncertainties. This work presents a control strategy capable of disturbance rejection and good performance in relation to uncertainties, using Multi-Loop and Adaptive control techniques. Simulation results are presented, and experimental results show the good behavior of the proposed system.

Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η προσομοίωση και κατακευή ηλεκτρονικού μετατροπέα ισχύος για τη σύνδεση με το ηλεκτρικό δίκτυο του υβριδικού συστήματος της ανεμογεννήτριας και των φωτοβολταϊκών πλαισίων που είναι εγκατεστημένα στο εργαστηρίο Ε.Η.Μ.Ε. / This study is about simulation and constraction of a grid connected converter which connects a photovoltaic panel and a wind turbine into the electric grid.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία διερευνώνται οι προδιαγραφές για την εγκατάσταση και τη διασύνδεση με το δίκτυο διανομής ενός οικιακού φωτοβολταϊκού συστήματος. Ο όρος «οικιακό» αναφέρεται σε φωτοβολταϊκά συστήματα μικρής ισχύος, έως 10 kWp, τα οποία τοποθετούνται πάνω σε κτίρια ή ενσωματώνονται σε αυτά ενώ παρέχουν ηλεκτρική ενέργεια στο δίκτυο μέσω της ίδιας παροχής του κτιρίου. Τα οικιακά φωτοβολταϊκά παρουσιάζουν πολλά πλεονεκτήματα ώστε να αποτελέσουν πόλο έλξης για τους μελλοντικούς παραγωγούς όπως θερμική μόνωση, ηχομόνωση, ηλιο-προστασία, δεν απαιτούν επιπλέον χώρο για την εγκατάσταση τους, συνεισφέρουν στην κάλυψη του φορτίου αιχμής, δε περιλαμβάνουν κινητά μέρη, προσφέρουν έναν ελκυστικό σχεδιασμό κτιρίου και αντικαθιστούν συμβατικά κατασκευαστικά υλικά. Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζεται μια θεωρητική ανασκόπηση της φύσης της ηλιακής ακτινοβολίας. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται μια περιγραφή του ηλιακού κυττάρου, των φωτοβολταϊκών πλαισίων και των αρχών λειτουργίας τους, καθώς και παρουσιάζονται τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά τους και οι παράγοντες που τα επηρεάζουν. Εν συνεχεία, στο τρίτο κεφάλαιο μπορούμε να δούμε τα κριτήρια με τα οποία επιλέγεται ο τόπος και ο τρόπος εγκατάστασης ενός φωτοβολταϊκού συστήματος, και παρουσιάζονται οι αρχές σχεδιασμού του συστήματος ξεκινώντας από την επιλογή του αντιστροφέα μέχρι τα μέσα προστασίας και την καλωδίωση. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι απαιτήσεις που πρέπει να τηρούνται ώστε να καθίσταται εφικτή η διασύνδεση με το δίκτυο ΧΤ μιας εγκατάστασης παραγωγής ενέργειας. Επιπλέον, εξετάζονται τα κριτήρια τήρησης των ανωτέρω απαιτήσεων, όπως η επάρκεια του δικτύου, η διαμόρφωση των προστασιών της διασύνδεσης, οι μεταβολές της τάσης, το φαινόμενο flicker, η έγχυση αρμονικών, η νησιδοποίηση και οι επιπτώσεις στα συστήματα Τηλεχειρισμών Ακουστικής Συχνότητας. Εν τέλει, στο πέμπτο κεφάλαιο πραγματοποιούνται προσομοιώσεις για την μελέτη των παραπάνω προδιαγραφών σε δύο διατάξεις που εξομοιώθηκαν με το πρόγραμμα PSCAD. Η μια διάταξη περιλαμβάνει μια φωτοβολταϊκή συστοιχία ισχύος 9.6 kWp, έναν μετατροπέα υποβιβασμού τάσης ο οποίος κάνει την ανίχνευση του σημείου μεγίστης ισχύος, έναν τριφασικό αντιστροφέα με παλμοδότηση SPWM, το φίλτρο LC για τη μείωση του αρμονικού περιεχομένου, έναν μετασχηματιστή απομόνωσης και ανύψωσης τάσης 150V/400V, το δίκτυο ΧΤ και το οικιακό φορτίο. Η δεύτερη διάταξη διαφοροποιείται από την πρώτη στο ότι δεν περιλαμβάνει μετατροπέα υποβιβασμού τάσης, έτσι ο αντιστροφέας αναλαμβάνει την ανίχνευση του σημείου μεγίστης ισχύος. Αρχικά παρουσιάζεται η απόκριση των συστημάτων σε κανονικές συνθήκες λειτουργίας και μέση φόρτιση, ενώ εξετάζεται και η επίδραση των τιμών των ελεγκτών στην απόκριση τους. Στη συνέχεια, γίνεται η μελέτη αρμονικών και η διερεύνηση της επίδρασης της ακτινοβολίας στους συντελεστές ολικής αρμονικής παραμόρφωσης ρεύματος και τάσης, και στο συντελεστή ισχύος. Έπειτα εξετάζεται η απόκριση των συστημάτων σε απότομες μεταβολές της ακτινοβολίας και του φορτίου. Τέλος διερευνώνται οι διακυμάνσεις της τάσης που εμφανίζονται σε οριακές καταστάσεις λειτουργίας του φωτοβολταϊκού και φόρτισης του δικτύου ενώ εξετάζονται και οι επιπτώσεις στα συστήματα Τηλεχειρισμών Ακουστικής Συχνότητας. / The aim of the present thesis is the study of the installation and grid-interconnection requirements and specifications of a domestic photovoltaic system. The term “domestic” refers to low power photovoltaic systems (up to 10 kWp), installed or integrated into buildings while providing electric power to the grid through the buildings main power connection. Domestic photovoltaic systems have a number of advantages, such as thermal / sound insulation, solar protection, they do not require extra space in order to be installed, they can contribute in the case of high power demand, they do not require any moving parts, they can prove attractive in terms of building design and even eventually substitute conventional building materials. These advantages are bound to put them in the center of electric power producers’ attention in the immediate future. In the first chapter a theoretic overview of the nature of solar radiation is presented. In the second chapter, photovoltaic cells and panels as well as their function and electrical properties are briefly analyzed. In the third chapter, the criteria of the photovoltaic system’s installation location and method – from the selection of a proper inverter to the system’s electrical protection equipment and wiring. In the fourth chapter the requirements that must be met in order to establish a connection with the power distribution grid are being presented. The relevant criteria such as: a) power grid adequacy, b) proper design and configuration of the grid connection protection equipment, c) voltage variations, d) flickering, e) voltage/current harmonics, f) islanding, and g) effects on 175Hz remote-operation systems are being studied. Finally, in the fifth chapter, PSCAD-realized simulations with two configurations are presented. The first configuration consists of a 9.6kWp photovoltaic array, a dc-to-dc buck converter which implements a maximum-power-point-tracking algorithm, a SPWM-pulsed three-phase inverter, a LC harmonic filter, an isolating 150V/400Vvoltage transformer, the low-voltage grid and a domestic electric load. The second configuration does not include a buck converter and thus, the maximum-power-point-tracking algorithm is implemented on the inverter. The systems’ response in normal operating conditions and with a medium load as well as the effect of different controller gains in the aforementioned response are initially presented. Afterwards, the system’s voltage/current harmonics and the effect of solar radiation in the Total Harmonic Distortion and Power factors are being studied. In continuation the system’s response in rapid change of solar irradiance / electrical load is presented. Finally, voltage variations which appear in boundary operating conditions of the grid and photovoltaic system, as well as the impact on 175Hz remote-operation systems are studied.

Os sistemas fotovoltaicos conectados à rede convertem diretamente a energia solar em energia elétrica entregando à rede elétrica de distribuição uma energia limpa e renovável. Esses sistemas são formados basicamente por um conjunto de módulos fotovoltaicos e inversores que são responsáveis por converterem energia elétrica em corrente contínua em energia elétrica em corrente alternada. Esta Tese apresenta um estudo de características elétricas e térmicas de inversores utilizados em sistemas conectados à rede a partir de uma análise teórica e experimental. Os ensaios de inversores foram realizados em duas etapas: a primeira etapa foi desenvolvida no Laboratório de Energia Solar (Labsol) da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) onde foi utilizado um sistema fotovoltaico de 4,8 kWP e dez modelos de inversores de diferentes fabricantes. As características elétricas de inversores que foram medidas e analisadas são: eficiência de conversão de corrente contínua em corrente alternada, eficiência do seguidor do ponto de máxima potência, fator de potência e distorção harmônica na corrente e na tensão. Ensaios térmicos de inversores também foram realizados e os resultados apresentados e analisados. A segunda etapa dos ensaios foi desenvolvida no Laboratório de Energia Solar Fotovoltaica do Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) na Espanha onde foi utilizado um sistema fotovoltaico de 3 kWP e sete modelos de inversores de diferentes fabricantes. Os inversores ensaiados são monofásicos de potência até 5 kW e de diferentes topologias (transformador de alta freqüência, baixa freqüência e sem transformador). A influência da tensão CC de entrada no comportamento da eficiência CC/CA e do fator de potência foi analisada. Os resultados obtidos nos ensaios permitiram o desenvolvimento de modelos matemáticos que descrevem o comportamento elétrico e térmico de inversores. Os modelos matemáticos propostos foram inseridos em um programa de simulação computacional desenvolvido no Labsol da UFRGS, denominado FVConect. A evolução dos resultados da simulação comparada valida plenamente os modelos utilizados. A análise dos resultados do comportamento de inversores amplia o conhecimento sobre o funcionamento desses equipamentos e a sua interação dinâmica com os demais componentes de sistemas fotovoltaicos conectados à rede. / Grid-connected photovoltaic systems directly convert solar energy into electrical energy delivering to the distribution grid a clean and renewable energy. These systems are basically formed by an array of photovoltaic modules and inverters. The inverters are responsible for converting direct current to alternating current. This Thesis presents a study of electrical and thermal characteristics of inverters used in grid-connected photovoltaic systems from a theoretical and experimental analysis. The inverters tests were carried out in two stages: the first stage was performed at Solar Energy Laboratory at Federal University of Rio Grande do Sul where it was used a 4,8 KWP grid-connected photovoltaic system and ten inverters of different manufacturers. The proposed mathematical models were inserted into computer simulation software developed at UFRGS named FVConect. The evolution of the simulation results compared to the experimental results validates the proposed models. The analysis of the behavior of the inverters improves the understanding of the operating of such equipment and their dynamic interaction with other grid-connected photovoltaic system components.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work provides as a main contribution a procedure to design robust state feedback current controllers applied to inverters connected to the grid by means of LCL filters, providing results which comply with performance requirements from the IEEE Standard 1547. First, the plant is modeled in the state space and discretized including a delay of one sample from the control signal implementation, and including in the augmented system a set of resonant controllers of arbitrary dimension. The uncertainty on the grid inductance is modeled, leading to a polytopic description of the augmented system. A state feedback controller is then used. The gains of this controller are determined by means of conditions based on linear matrix inequalities, which ensure the location of the eigenvalues in circular region inside the unit circle for the closed-loop system. The simulation results with this controller in the time domain and also in the frequency domain indicate good transient and steady state performances, tracking of sinusoidal reference and rejection of harmonics from the grid. The simulation results are corroborated experimentally, using a digital signal processor for the implementation of the control law. An example of design of a non robust controller, designed for a nominal value of the grid inductance, is presented, showing that this controller leads to instability for values of grid inductance different from the nominal, which emphasizes the importance of the use of robust controllers for this application. Also is presented a performance analysis based on the H1 norm that illustrates the effect of parametric uncertainties on the closed-loop disturbance rejection capacity. An extension for the control of three-phase inverters are presented. The three-phase robust controller is validated by means of simulations and experimental results similar with the results obtained for the single-phase case. / Este trabalho traz como principal contribuição um procedimento de projeto de controladores de corrente robustos por realimentação de estados aplicados a inversores conectados à rede por meio de filtro LCL, fornecendo resultados que cumprem exigências de desempenho da norma IEEE Standard 1547. Primeiramente, a planta é modelada no espaço de estados e discretizada, incluindo um atraso de uma amostra na implementação do sinal de controle, e um conjunto de controladores ressonantes de dimensão arbitrária. A incerteza na indutância da rede é modelada, levando a uma descrição politópica do sistema. Um controlador por realimentação de estados é então utilizado. Os ganhos deste controlador são calculados por meio de condições baseadas em desigualdades matriciais lineares, que garantem a alocação dos autovalores de malha fechada em regiões circulares dentro do círculo de raio unitário. Os resultados de simulação deste controlador indicam bom desempenho em transitórios e em regime permanente, rastreamento da referência senoidal e rejeição de harmônicas da rede. Os resultados de simulação são comprovados experimentalmente, utilizando um processador digital de sinais para implementação da lei de controle. Um exemplo de projeto de um controlador não robusto, projetado para um valor nominal da indutância da rede, é apresentado, mostrando que este controlador leva à instabilidade para valores de indutância de rede diferentes do nominal, o que reforça a importância do uso de controladores robustos. Também é apresentada uma análise de desempenho utilizando a norma H1 para ilustrar o efeito de incertezas paramétricas na capacidade de rejeição de distúrbios do sistema em malha fechada. Uma extensão para o controle de inversores trifásicos é realizada. O controlador robusto trifásico é validado por meio de simulações e resultados experimentais semelhantes aos obtidos para o caso monofásico, indicando a viabilidade da técnica também para o caso multivariável.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This thesis addresses the main issues regarding the operation of full power converters wind turbines connected to the grid under balanced and unbalanced voltage sags. In the past, the grid codes allowed wind turbines to be disconnected during voltage and frequency disturbances. However, recently, grid codes updates often require that wind turbines remain connected during voltage sags aiming to provide voltage back-up support. Furthermore, some specific criteria establish that wind turbines should be able to utilize part of its current capability to promote the voltage back-up during unbalanced voltage sags. To guarantee the grid connected converter operation, even with voltage sags that lead to zero-voltage situations and unbalanced voltage conditions, a synchronous frame PLL with a very low time constant is designed and adapted with a Kalmam filter synchronization system. This thesis propose a two stages synchronization for grid connected converters that is able to ensure proper operation of the converter even when voltage on the converter terminals has temporarily falling down to zero. This goal is meet with a synchronous frame PLL with a very low time constant adapted with a Kalmam filter synchronization system. This composed synchronization system allows the converter control system to get the positive and negative sequences voltages components, that are necessary to the output power control even under severe voltage dips. Moreover, an anti windup is adapted to operate with a resonant current controller enabling the minimization of the saturation in the control action during voltage transients. During unbalanced voltage dips, the injection of unbalanced currents to the voltage back-up support becomes a good alternative to reduce the imbalance factor of the grid voltages. However, it is necessary to limit the maximum current output of the converter to avoid undesirable protection trips. This thesis proposes a strategy that limite the output currents allowing the use of the converter full current capacity during unbalanced voltage sags support. To achieve this goal, the current references are divided into three parts. The former is associated with the active power reference synchronized with the positive sequence voltage. The second is the reactive power synchronized with the positive sequence voltage and the third is the reactive power synchronized with the negative sequence voltage. The strategy propose the computation of th reactive power references by the positive and negative sequence voltages on the PPC in order to not overpass the converter current limits. Experimental and simulation results corroborate the contributions of this thesis. / Esta tese trata do problema de operação de aerogeradores com conversores plenos conectados à rede durante afundamentos de tensão equilibrados e desequilibrados. Inicialmente, os códigos de rede permitiam a desconexão dos aerogeradores durante distúrbios de frequência ou durante afundamentos de tensão. Entretanto, a presente tendência dos requisitos de conexão em diversos países obriga os aerogeradores a permanecerem conectados a contribuição destes com injeção de corrente reativa visando dar suporte à tensão. Além disso, alguns critérios especifícos estabelecem que aerogeradores devem ser capazes de utilizar parte de sua capacidade de corrente para promover o suporte de reativos também durante afundamentos desequilibrados. Nesta tese é apresentado um método de sincronismo composto baseado em filtro de Kalman e aplicado para conversores conectados à rede durante afundamentos de tensão que possam levar a tensão a zero no ponto de conexão. Este possibilita a obtenção das componentes de sequência e as suas tensões em quadratura de maneira simples, além de apresentar um bom desempenho dinâmico durante afundamentos desequilibrados. Além disso, uma estrutura anti windup é adaptada para operar com um controlador ressonante de corrente possibilitando a minimização da saturação da ação de controle na síntese das correntes de saída. Uma vez que o conversor do lado da rede é capaz de operar em condições severas de maneira adequada, a injeção de corrente reativa de forma a minimizar a tensão se sequência negativa no ponto de conexão é uma possibilidade para a diminuição do fator de desequilíbrio. Entretanto é necessário limitar as correntes máximas de saída do conversor. Esta tese propõem uma estratégia de limitação de corrente para conversores conectados à rede que possibilita o uso da plena capacidade de corrente do conversor na injeção de correntes desequilibradas para o suporte de tensão. Para atingir esse objetivo, as referências de corrente são dividas em três partes e com objetivos distintos. A primeira é associada a potência ativa sincronizada com a tensão de sequência positiva. A segunda representa a parcela de potência reativa sincronizada com a tensão de sequência positiva e a terceira parcela representa a potência reativa sincronizada com a tensão de sequência negativa. Pelo cômputo da norma máxima das correntes por uma expressão genérica é possível determinar as correntes de referência que respeitam os limites de corrente do conversor. Resultados de simulação e experimentais corroboram as contribuições desta tese.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This Master Thesis presents the development of a grid-connected transformerless three-phase photovoltaic inverter. The Neutral Point Clamped (NPC) three-level inverter was chosen for implementation. The grid connection is made with a modified LCL filter (MLCL), where the common point of the output filter capacitors is connected directly to the dc bus central point (neutral point). The MLCL filter reduces the leakage current of photovoltaic system and attenuates the current harmonics injected in the grid. A passive damping of MLCL filter resonance peak was employed in order to avoid instability in the grid connection. In this sense, this Master Thesis contributes proposing a passive damping design method which is based not only on the stability requirement, but also considers the leakage current of photovoltaic system, once that passive damping impacts on the high frequency components of voltage on parasitic capacitance. Therefore, based on leakage current limit and current loop stability, a range for the damping resistance was obtained. The control system of the threephase inverter was developed in a synchronous reference frame (dq0), where the proper alignment with the grid voltage reference vector allows the independent control of active and reactive power inject in the grid. Simulation and experimental results are shown to evaluate the inverter performance and to validate the theoretical analysis. / Esta Dissertação de Mestrado apresenta o desenvolvimento de um inversor fotovoltaico trifásico não isolado conectado à rede. A topologia desenvolvida foi a de um inversor trifásico três níveis com ponto neutro grampeado (NPC Neutral Point Clamped). A conexão com a rede é feita através de um filtro LCL modificado (LCLM), que possui o ponto comum dos seus capacitores conectado ao ponto central do barramento CC do inversor. O filtro LCLM possui a finalidade de reduzir a corrente de fuga do sistema fotovoltaico ao mesmo tempo em que atenua os harmônicos de corrente injetados na rede. De modo a evitar problemas de instabilidade da malha de corrente do inversor, um sistema de amortecimento passivo do pico de ressonância do filtro LCLM foi empregado. Neste sentido, esta Dissertação de Mestrado contribui propondo um método de projeto do amortecimento passivo que se baseia não somente no critério de estabilidade, mas que também considera a corrente de fuga do sistema fotovoltaico, uma vez que o amortecimento impacta na atenuação das componentes de alta frequência da tensão sobre a capacitância parasita dos módulos fotovoltaicos. Com isso, uma faixa de valores para a resistência de amortecimento foi obtida a partir do limite permitido para a corrente de fuga e da estabilidade da malha de corrente. O sistema de controle do inversor trifásico foi desenvolvido com base no sistema de coordenadas síncronas dq0, cujo correto alinhamento com o vetor de referência das tensões da rede permite o controle independente das potências ativa e reativa injetadas na rede. Resultados experimentais e de simulação são apresentados de modo a comprovar o desempenho do inversor trifásico.