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Power inverters, used to convert DC power to AC, are often used in e.g. solar power applications. However, they tend to be impractically large and expensive; as such, power miniaturization is an active research area. In this thesis, several classes of modern power inverters are evaluated and compared with regards to size, efficiency and output quality in order to identify areas of potential improvement. Methods for estimation of THD, power losses and input ripple are created and verified against a simulation of a five-level neutral-point-clamped inverter with SPWM control. Finally, this design is implemented physically and is found to achieve 94.5% efficiency and 7% THD under low voltage laboratory conditions, while remaining smaller than an average textbook.

Line current distortion is an important issue to a high-power current source rectifier(CSR) system. There are two main challenges related to this issue. First, the CSR input LC resonance can be affected by the variation of the source inductance from the power system and the effects of the CSR DC side circuit, which may lead to a line current distortion higher than expected. Another challenge is that the traditional high-power CSR using Selective Harmonic Elimination (SHE) pulse-width modulation (PWM) technique attempts to eliminate certain harmonics in the PWM current, which limits its ability for line current harmonic control. To control the CSR line current harmonics, this thesis focuses on two aspects: 1) the analysis and design of CSR input filter to avoid unexpected input LC resonance, and 2) the development of a new PWM scheme that can compensate the effects of the grid voltage harmonics and DC link current ripples. The thesis work has been validated by simulations and on an experimental CSR prototype. / Power Engineering and Power Electronics

Orientador: Falcondes José Mendes de Seixas / Resumo: A utilização de conversores com baixa distorção harmônica na corrente de entrada melhora significativamente o fator de potência de equipamentos e instalações elétricas. Este trabalho apresenta a proposta de desenvolvimento de um conversor multipulso com estágio CC-CC SEPIC, que apresenta baixa distorção na corrente de entrada, regulação da tensão na saída, podendo ainda apresentar isolamento em alta frequência. Propõe-se a utilização do conversor proposto em aplicações industriais em inversores para acionamento de máquinas elétricas de corrente alternada, em substituição aos retificadores convencionais, técnica conhecida como retrofit, em barramentos CC regulados, fontes de tensão CC, entre outras aplicações. O conversor é baseado em um autotransformador não isolado de 18 pulsos, que disponibiliza três saídas trifásicas independentes e apresenta reduzido peso e volume quando comparados com os tradicionais transformadores isolados. Este conversor já apresenta significativa melhoria no fator de potência, porém não possibilita a regulação da tensão na saída, que dependerá unicamente da tensão de entrada, estando sujeita às variações que nela ocorram. As saídas independentes, após retificação, devem ser conectadas para poder alimentar a carga. A forma mais comum de possibilitar essa conexão é utilizando elementos magnéticos adicionais, chamados de transformadores interfase (IPTs). A utilização de conversores CC-CC é outra forma de realizar a conexão, resultando em um estágio CC-C... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Converters with low harmonic distortion of input current can improve significantly the power factor at electrical equipment and plants. This work proposes the development of a multipulse converter with DC-DC SEPIC stage, with low distortion in the input current, and may also provide high frequency isolation. It could be used in industrial applications to replace conventional rectifiers in Adjustable Speed Drives (ASDs), a technique known as retrofit. It can be used also in regulated DC bus, DC voltage power supply, among other applications. The converter is based on a non-isolated 18-pulse autotransformer that provides three independent three-phase outputs and has reduced weight and size. The autotransformer improves the power factor, but does not allow the regulation of the load voltage output. The independent outputs must be connected to the load. The most common way of providing this connection is by using additional magnetic elements, called interphase transformer (IPTs). The use of DC-DC converters is another way to perform the outputs connections, resulting in a DC-DC stage that control the voltage and current, thus enabling parallel connect loads. In this work, the SEPIC converter was selected, because it can be used with few modifications to the original structure. SEPIC converter can easily be isolated, allowing the use of multipulse converters in applications that require isolation between power supply and load. Prototypes with isolated and non-isolated SEPIC conver... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Este trabalho apresenta um estudo de Qualidade de Energia Elétrica (QEE) no sistema elétrico industrial de uma concessionária geradora de energia elétrica do Brasil. O estudo teve enfoque na distorção harmônica gerada nos serviços auxiliares da usina termoelétrica. Para tanto, foi necessária a simulação e análise da planta da termoelétrica, com atenção nos serviços auxiliares pertencentes a ela, devido aos altos níveis de distorções harmônicas registrados. A simulação foi feita com o programa ATP (Alternative Transients Program) no domínio do tempo, através de sua interface gráfica, o ATP Draw. Nele foram modelados os principais componentes que pertencem ao Sistema Elétrico de Potência (SEP) em questão, como geradores, transformadores, linhas e cargas não lineares. Com a modelagem do SEP da termoelétrica, é possível determinar os níveis da distorção harmônica em diversos locais da planta, e aprofundar o estudo para que seja possível fazer a mitigação desses distúrbios. A diminuição da distorção harmônica junto ao aumento do fator de potência permite um melhor desempenho da usina, aumentando a faturamento da empresa através do aumento da energia entregue ao sistema elétrico. / This dissertation presents a study of Power Quality in an electrical system of a thermoelectric power plant in Brazil. The study focused on the harmonic distortion generated in the auxiliary services of the plant. Therefore, it was necessary to simulate and analyze the thermal plant, with attention to auxiliary services belonging to it, due to high levels of harmonic distortion registered. The simulation was performed using the ATP (Alternative Transients Program) in the time domain through its interface, the ATP Draw. It were modeled the main components that belong to the Power System in question, such as generators, transformers, lines and non-linear loads. With the modeling of the thermoelectric plant, is possible to determine the levels of harmonic distortion at various locations within the plant. The reduction of harmonic distortion along with the increase of power factor allows a better plant performance, increasing company revenue by increasing the energy delivered to the electrical system.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:34Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-08-19Bitstream added on 2014-06-13T20:49:15Z : No. of bitstreams: 1 souza_wa_me_bauru.pdf: 3309362 bytes, checksum: a37e3a04f60e9ebbd2f490264d198dbf (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Este trabalho teve como o desenvolvimento de um sistema de aquisição e processamento de dados para aplicações em Qualidade de Energia Elétrica (QEE). Do ponto de vista dos circuitos de hardware desenvolvidos, buscou-se utilizar componentes de precisão elevada para o sensoriamento e condicionamento dos sinais de tensão e corrente. Além disso, foi implementado um algoritmo de auto calibração das medidas, em função da temperatura no medidor implementado. O processamento dos dados foi realizado através de um processador digital de sinais (DSP, Digital Sinal Processor) de 32 bits, com aritmética de ponto flutuante. Também foi agregado ao sistema um módulo de comunicação sem fio, de forma que os dados medidos pudessem ser enviados a outros dispositivos para armazenamento ou análise remota. Do ponto de vista da aplicação em Qualidade de Energia, foram implementados diversos algoritmos de indicadores de QEE, tais como o de Distorção Harmônica Total (DHT), para a validação preliminar do sistema desenvolvido. Entretanto, do ponto de vista dos estudos e pesquisas realizadas pelo Grupo de Automação e Sistemas Integráveis (GAS/UNESP), no que diz respeito à análise de circuitos elétricos sob condições de formas de onda não sensoriais e/ou desequilibradas, o sistema desenvolvido foi também utilizado para avaliar o comportamento e desempenho da Teoria de Potência Conservativa, proposta recentemente por Tenti et al. e de novos fatores de conformidade (ou desempenho) para a avaliação da QEE em sistemas polifásicos com cargas não lineares. Diversos resultados de simulação e experimentais foram apresentados e constrastados a fim de validar os algoritmos utilizados no DSP utilizado, bem como para permitir a avaliação da Teoria de Potência Conservativa para interpretação de diferentes circuitos e condições de operações / This study aimed to develop a data acquisition and processing system for Power Quality applications. From the hardware point of view, high precision components have been used for the vallage and current sensing and signal conditioning. In addition, a self-calivration algorithm has been implemented in order to adjust the measured values in terms of the estimated temperature. The data processing was performed by means of 32-bit floating point digital signal processor (DSP). A wirelless communication module has also been added, so that the measured data could be sent to other storage devices or remote analyzers. From the perspective of power quality applications, several algorithms have implemented, such as the Total Harmonic Distortion (THD) for the preliminary validation of the developed system. However, considering the studies and surveys carried out by the studies and survey carried out by the Group of Automation and Integrated Systems (GASI/UNESP), especially those related to the analysis of electrical circuits under non-sinusoidal and/or unbalanced waveform conditions, the implemented system has been applied to the evaluation of the Conservative Power Theory (CPT), recently proposed by Tenti et al. Several simulation and experimental results have been depicted and compared in order to validate the practical DSP implementation of the required algorithms, as well as, for the purpose of analyzing different circuit's interpretation by means of the CPT

Submitted by ANGELO CESAR DE LOURENÇO null (angelo.lourenco@ifms.edu.br) on 2016-09-26T13:09:26Z No. of bitstreams: 1 Tese-Angelo César de Lourenço_Final.pdf: 7849728 bytes, checksum: 5e7ebce190155dba447176e825a55a34 (MD5) / Approved for entry into archive by Felipe Augusto Arakaki (arakaki@reitoria.unesp.br) on 2016-09-27T17:21:40Z (GMT) No. of bitstreams: 1 lourenco_ac_dr_ilha.pdf: 7849728 bytes, checksum: 5e7ebce190155dba447176e825a55a34 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-27T17:21:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 lourenco_ac_dr_ilha.pdf: 7849728 bytes, checksum: 5e7ebce190155dba447176e825a55a34 (MD5) Previous issue date: 2016-07-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A utilização de conversores com baixa distorção harmônica na corrente de entrada melhora significativamente o fator de potência de equipamentos e instalações elétricas. Este trabalho apresenta a proposta de desenvolvimento de um conversor multipulso com estágio CC-CC SEPIC, que apresenta baixa distorção na corrente de entrada, regulação da tensão na saída, podendo ainda apresentar isolamento em alta frequência. Propõe-se a utilização do conversor proposto em aplicações industriais em inversores para acionamento de máquinas elétricas de corrente alternada, em substituição aos retificadores convencionais, técnica conhecida como retrofit, em barramentos CC regulados, fontes de tensão CC, entre outras aplicações. O conversor é baseado em um autotransformador não isolado de 18 pulsos, que disponibiliza três saídas trifásicas independentes e apresenta reduzido peso e volume quando comparados com os tradicionais transformadores isolados. Este conversor já apresenta significativa melhoria no fator de potência, porém não possibilita a regulação da tensão na saída, que dependerá unicamente da tensão de entrada, estando sujeita às variações que nela ocorram. As saídas independentes, após retificação, devem ser conectadas para poder alimentar a carga. A forma mais comum de possibilitar essa conexão é utilizando elementos magnéticos adicionais, chamados de transformadores interfase (IPTs). A utilização de conversores CC-CC é outra forma de realizar a conexão, resultando em um estágio CC-CC que condiciona a tensão e a corrente e assim possibilita o paralelismo das cargas. Neste trabalho, o conversor CC-CC selecionado é o SEPIC, que por suas características de entrada e saída não requer grandes modificações em relação à estrutura original. Além da regulação da tensão de saída, o conversor SEPIC é uma estrutura de potência que pode ser facilmente isolada, possibilitando a utilização dos conversores multipulsos em aplicações que requerem isolamento entre a fonte e a carga. Foram construídos protótipos de conversores SEPIC isolados e não isolados com os quais foram realizados ensaios experimentais e os resultados são apresentados e discutidos. / Converters with low harmonic distortion of input current can improve significantly the power factor at electrical equipment and plants. This work proposes the development of a multipulse converter with DC-DC SEPIC stage, with low distortion in the input current, and may also provide high frequency isolation. It could be used in industrial applications to replace conventional rectifiers in Adjustable Speed Drives (ASDs), a technique known as retrofit. It can be used also in regulated DC bus, DC voltage power supply, among other applications. The converter is based on a non-isolated 18-pulse autotransformer that provides three independent three-phase outputs and has reduced weight and size. The autotransformer improves the power factor, but does not allow the regulation of the load voltage output. The independent outputs must be connected to the load. The most common way of providing this connection is by using additional magnetic elements, called interphase transformer (IPTs). The use of DC-DC converters is another way to perform the outputs connections, resulting in a DC-DC stage that control the voltage and current, thus enabling parallel connect loads. In this work, the SEPIC converter was selected, because it can be used with few modifications to the original structure. SEPIC converter can easily be isolated, allowing the use of multipulse converters in applications that require isolation between power supply and load. Prototypes with isolated and non-isolated SEPIC converters were built, experimental tests were performed and the results are presented and discussed. / Novo Prodoutoral: 1459525

Resumo: Este trabalho teve como o desenvolvimento de um sistema de aquisição e processamento de dados para aplicações em Qualidade de Energia Elétrica (QEE). Do ponto de vista dos circuitos de hardware desenvolvidos, buscou-se utilizar componentes de precisão elevada para o sensoriamento e condicionamento dos sinais de tensão e corrente. Além disso, foi implementado um algoritmo de auto calibração das medidas, em função da temperatura no medidor implementado. O processamento dos dados foi realizado através de um processador digital de sinais (DSP, Digital Sinal Processor) de 32 bits, com aritmética de ponto flutuante. Também foi agregado ao sistema um módulo de comunicação sem fio, de forma que os dados medidos pudessem ser enviados a outros dispositivos para armazenamento ou análise remota. Do ponto de vista da aplicação em Qualidade de Energia, foram implementados diversos algoritmos de indicadores de QEE, tais como o de Distorção Harmônica Total (DHT), para a validação preliminar do sistema desenvolvido. Entretanto, do ponto de vista dos estudos e pesquisas realizadas pelo Grupo de Automação e Sistemas Integráveis (GAS/UNESP), no que diz respeito à análise de circuitos elétricos sob condições de formas de onda não sensoriais e/ou desequilibradas, o sistema desenvolvido foi também utilizado para avaliar o comportamento e desempenho da Teoria de Potência Conservativa, proposta recentemente por Tenti et al. e de novos fatores de conformidade (ou desempenho) para a avaliação da QEE em sistemas polifásicos com cargas não lineares. Diversos resultados de simulação e experimentais foram apresentados e constrastados a fim de validar os algoritmos utilizados no DSP utilizado, bem como para permitir a avaliação da Teoria de Potência Conservativa para interpretação de diferentes circuitos e condições de operações / Abstract: This study aimed to develop a data acquisition and processing system for Power Quality applications. From the hardware point of view, high precision components have been used for the vallage and current sensing and signal conditioning. In addition, a self-calivration algorithm has been implemented in order to adjust the measured values in terms of the estimated temperature. The data processing was performed by means of 32-bit floating point digital signal processor (DSP). A wirelless communication module has also been added, so that the measured data could be sent to other storage devices or remote analyzers. From the perspective of power quality applications, several algorithms have implemented, such as the Total Harmonic Distortion (THD) for the preliminary validation of the developed system. However, considering the studies and surveys carried out by the studies and survey carried out by the Group of Automation and Integrated Systems (GASI/UNESP), especially those related to the analysis of electrical circuits under non-sinusoidal and/or unbalanced waveform conditions, the implemented system has been applied to the evaluation of the Conservative Power Theory (CPT), recently proposed by Tenti et al. Several simulation and experimental results have been depicted and compared in order to validate the practical DSP implementation of the required algorithms, as well as, for the purpose of analyzing different circuit's interpretation by means of the CPT / Orientador: Fernando Pinhabel Marafão / Coorientador: Ivando Severino Diniz / Banca: Lourenço Matakas Junior / Banca: Marcelo Nicoletti Franchin / Mestre

Neste trabalho será apresentado um estudo de caso sobre o cálculo da distorção harmônica gerada por um parque eólico através da sua modelagem nos domínios do tempo e da frequência. Será analisada a propagação das frequências harmônicas na rede básica e a influência da modelagem das linhas de transmissão nos resultados de distorção harmônica. Para este estudo serão utilizados os programas EMTP (ElectroMagnetic Transient Program) e HarmZs para as simulações no domínio do tempo e da frequência, respectivamente. Os parques eólicos simulados utilizam geradores do tipo multipolar síncrono, e para a sua conexão à rede elétrica um conversor de frequência. Os resultados obtidos com o programa EMTP serão comparados para validação com os dados obtidos através da simulação no domínio da frequência utilizando o programa de simulação HarmZ. Já a análise da propagação das frequências harmônicas será simulada somente no domínio do tempo. Assim, através dos resultados obtidos será possível comparar os programas de simulação, determinar os níveis de distorção harmônica em diversos pontos do sistema elétrico e a influência dos modelos utilizados. / This work will present a case study on the calculation of the harmonic distortion generated by a wind farm. Time and frequency domain simulations will be performed. Harmonic propagation will be analyzed. Furthermore, the influence of transmission lines and underground cables models will be verified when there are several frequencies present in the system. Softwares EMTP (ElectroMagnetic Transient Program) and HarmZs will be used for the simulations in the time and frequency domain, respectively. The simulated wind farm use multipolar synchronous generators and their connection to the grid is made through a frequency converter. The results obtained with EMTP will be compared for validation with the results obtained with HarmZs. Thus, by the obtained results it will be possible to compare simulation programs and to determine the levels of harmonic distortion at several points of the electrical system.