Made available in DSpace on 2017-07-10T17:11:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015 - Cristian Adolfo Alvez2.pdf: 870298 bytes, checksum: e905359b074a87b04a67ea5befb19f4c (MD5) Previous issue date: 2015-03-13 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The microgrids may be considered as small power systems that operate autonomously and automatically, using technologies linked to it known as distributed energy resources (DERs), being demand, one of this resources. These networks are characterized by intensive use of information, communication and automation technologies, allowing meet demand in form efficient and optimally. However, implement, expand and operate a microgrid brings various economic, technical and operational challenges that must be faced, being one of those challenges the selection and operation of DERs. Thus, this work presents an optimization model, with the objective of analyzing the impact of input parameters on the behavior of the variables involved in selection and operations of these resources. The uncertainties in demand and renewable resources were treated through a scenario tree while for risk estimation was used the value at risk (VaR). The mathematical formulation constitutes a mixed integer linear programming model that was implemented in GAMS language and solved by CPLEX solver. Through simulations was possible to observe the economic benefits that can be obtained through use of DERs, highlight the impact that can produce the intermittent nature of renewable resources on operating costs, and also evidence the importance to have information regards of risk in situations of uncertainty. The results of the simulations show the tool's features developed as an aid when decisions must be made regarding the deployment of DERs and the optimized energy management in a microgrid. As features to highlight, this model operates independently of the energy consumer profile and also allows to perform various analyzes with respect to the influence of the input parameters on the decision variables. / As microrredes podem ser consideradas como pequenos sistemas de potência que operam de maneira autônoma e automática, utilizando tecnologias, conectadas a elas, conhecidas como recursos energéticos distribuídos (REDs), sendo a própria demanda um desses recursos. Estas redes se caracterizam pelo uso intensivo de tecnologias de informação, comunicação e automação, permitindo atender a demanda de forma eficiente e otimizada. No entanto, implementar, expandir e operar uma microrrede traz consigo vários desafios econômicos, técnicos e operacionais que devem ser enfrentados, sendo um deles a seleção e operação dos REDs. Como consequência disso, neste trabalho apresenta-se um modelo de otimização para a seleção e operação de REDs, com o objetivo de analisar o impacto que provocam os diversos parâmetros de entrada no comportamento das variáveis envolvidas na seleção e modo de operação desses REDs. As incertezas na demanda e nos recursos renováveis foram tratadas através de uma arvore de cenários enquanto que para a estimação do risco se utilizou o valor em risco (VaR). A formulação matemática resultante se constitui em um modelo de programação linear inteira mista que foi implementado na linguagem GAMS e resolvido com o solver CPLEX. Através dos resultados de simulação foi possível observar os benefícios econômicos que podem obter-se mediante a utilização de REDs, assim como destacar o impacto que pode produzir a natureza intermitente dos recursos renováveis sobre os custos de operação e também evidenciar a importância de dispor informação do risco em situações de incerteza. Os resultados obtidos corroboram as funcionalidades da ferramenta desenvolvida como auxilio no momento de tomar decisões em relação à implantação de REDs e à gestão otimizada de energia em uma microrrede. Como característica a destacar do modelo, este opera independentemente do qual seja o tipo de demanda do consumidor e permite efetuar diversas análises a respeito da influencia dos parâmetros de entrada sobre as variáveis de decisão.

Made available in DSpace on 2017-07-10T17:11:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LUCIANO MAURO ARLEY SUP2.pdf: 2686269 bytes, checksum: 28a697be163c9a8e1f7c5d0c8abc16b6 (MD5) Previous issue date: 2012-04-20 / This work presents a physical and logical architecture of an intelligent Micro-Grid in order to perform the integrated energy management of the various distributed energy resources (REDs) of an organization. In this way, it is initially proposed an Integrated Energy Management System (SGIE), through which defines the action strategies for the supervision and control of the REDs, which identifies the needs and requirements to be met by the technology architecture. Subsequently, the document presents the concepts of Micro-Grid and how the monitoring and control system would help in the efficient and effective use of various energy resources in production, transformation or end use, to ensure that they are integrated into the operation of Micro-Grid. The presented paradigm is framed in new vision of power systems, known as Smart Grid. These smart grids might be formed from the union of several sub-networks package, called Smart µGrid, whose main concepts, requirements and technologies necessary to build are presented. Finally, it is presented a proposal for a Smart µGrid architecture, set in the Itaipu Technological Park, which aims to meet the need of its SGIE, but basically it is thought to work as a living laboratory in which it will be possible to learn concepts of smart grid acting on it. / No presente trabalho apresenta-se uma arquitetura física e lógica de uma microrrede inteligente com o objetivo de realizar a gestão integral da energia dos diversos Recursos Energéticos Distribuídos (REDs) de uma organização. Nesse sentido, inicialmente é proposto um Sistema de Gestão Integral da Energia (SGIE), através do qual são definidas as estratégias de atuação para a supervisão e controle dos REDs, o que permite identificar as necessidades e requisitos a serem atendidos pela arquitetura tecnológica.Posteriormente o trabalho apresenta os conceitos de microrredes e como o sistema de monitoramento e controle contribuiria no gerenciamento eficiente, efetivo e eficaz dos diversos recursos energéticos, seja na produção, na transformação ou no uso final, buscando que os mesmos estejam integrados à operação da microrrede. O paradigma apresentado está enquadrado na nova visão dos sistemas elétricos, conhecida como Smart Grid ou rede inteligente. Essas redes inteligentes podem ser formadas a partir da união de bolsões de sub-redes, denominadas Smart µGrid, das quais são apresentados os principais conceitos, requisitos e tecnologias viabilizadoras. Finalmente, é apresentada a proposta de arquitetura para uma Smart µGrid, ambientada no Parque Tecnológico Itaipu, a qual tem a finalidade de atender as necessidades do SGIE do mesmo, porém, fundamentalmente, o que se busca é que funcione como um laboratório vivo, através do qual será possível apreender conceitos de Smart Grid atuando sobre ela.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho apresenta a proposta e análise de um Inversor Ponte Completa Bidirecional (IPCB) aplicado a microrredes CC (corrente contínua) no que tange ao seu desempenho na injeção de potência ativa na rede em corrente alternada (CA) e à regulação da tensão no barramento CC diante das inerentes intermitências observadas em geradores fotovoltaicos, as quais não devem provocar distúrbios nas cargas conectadas à Microrrede CC. A estratégia de controle digital é implementada a partir de um DSP (Digital Signal Processor) contando com um controlador do tipo Proporcional Ressonante (P+Res) aliado a um controle corretor de componentes harmônicas de ordem 3, 5 e 7 da corrente imposta na rede elétrica para os dois modos de operação do sistema, o que possibilita a adequação da qualidade de energia às normas internacionais IEEE 1547 (injeção) e IEC 61.000-3-2 (retificação). Por fim, faz-se a análise qualitativa e quantitativa do sistema proposto contendo ainda as especificações de projeto além dos resultados de simulação e experimentais obtidos com a construção de um protótipo de 2,2 kWp. / This work presents the proposal and analysis of a Bidirectional Full-Bridge Inverter (BFBI) applied to DC (direct current) microgrids in terms to its performance in active power injection into the AC (alternating current) grid and DC bus voltage regulation front of the inherent intermittences observed in photovoltaic generators, which should not cause disturbances in the dc loads. The digital control strategy is implemented from a DSP (Digital Signal Processor) with Proportional Resonant (P + Res) controller combined with 3th, 5th and 7th Harmonic Correction in the current imposed on the grid for the two modes of operation, which enables the adjustment in power quality to IEEE 1547 (injection) and IEC 61.000-3-2 (rectification) international standards. Finally, this work present the qualitative and quantitative analysis of the proposed system, still containing the design specifications, simulation and experimental results obtained with the construction of a 2.2 kWp prototype. / Dissertação (Mestrado)

Submitted by Irene Nascimento (irene.kessia@ufpe.br) on 2017-01-27T17:17:31Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertacao_Erika_1.pdf: 4090096 bytes, checksum: aad3d3481e2a810cc8765c9bade0883b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-27T17:17:31Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertacao_Erika_1.pdf: 4090096 bytes, checksum: aad3d3481e2a810cc8765c9bade0883b (MD5) Previous issue date: 2016-07-29 / FACEPE / Microrrede é um conjunto de geração distribuída e sistemas de armazenamento de energia que abastece a demanda de um grupo de consumidores. A existência de um controle local independente da rede elétrica define uma microrrede, a qual pode se conectar ao sistema tradicional de potência ou desconectar-se e funcionar de forma autônoma a depender das condições físicas e/ou econômicas. O presente trabalho apresenta dois métodos de controle para o paralelismo de inversores em microrredes, o controle por inclinação e o controle mestre-escravo, com o objetivo de realizar um estudo comparativo. Primeiramente, são mostrados os conceitos de geração distribuída, microrredes e paralelismo de inversores. Depois, são apresentados os fundamentos teóricos e as principais características dos controles por inclinação e mestre-escravo. Por fim, é feita uma comparação entre as duas técnicas de controle para que permita definir qual é a melhor. Esta comparação é feita por meio de simulações de uma microrrede, analisando o seu desempenho nas situações conectada à rede elétrica principal, em ilhamento e durante o transitório de desconexão. Também é observado o comportamento de grandezas como corrente, amplitude e frequência da tensão e ainda o compartilhamento de carga entre os inversores. / Microgrid is a set of distributed generation and energy storage systems that supplies the demand of a group of consumers . The existence of a local control, independently of the main grid, defines a microgrid, which can be connected to or disconnected from the traditional power system working autonomously depending on the physical or economic conditions. This work presents two control methods for paralleling inverters in microgrids, droop control and masterslave control, in order to conduct a comparative study between both control techniques. Firstly, the concepts of distributed generation, microgrid and paralleled inverters are shown. Then, it is presented the theoretical fundamentals and main features of droop control and master-slave control. Finally, a comparison is done between both control techniques to allow define the best control technique. This comparison is done by means of simulations of a microrrede, analyzing its performance in the situations connected to the main grid, in islanding and during the disconnection transient. Also, it is observed the quantities behavior such as the current, the voltage amplitude and frequency and also the power shared among the inverters.

[ES] En este trabajo se proponen técnicas de control específicas para la paralelización de inversores sin transformador conectados a red, en aplicaciones de interconexión de buses de microrredes híbridas e instalaciones fotovoltaicas de gran potencia. La paralelización de inversores presenta múltiples ventajas como la modularidad, la redundancia o la flexibilidad para ampliar la potencia de un sistema o de una instalación. En el caso de inversores fotovoltaicos centralizados, también permite la conexión/desconexión de módulos inversores conectados en paralelo permitiendo una mayor eficiencia global cuando se trabaja a bajas potencias. Sin embargo, la paralelización de inversores provoca la aparición de corrientes de circulación que pueden provocar efectos indeseables en el sistema o en la instalación. Las contribuciones que se llevan a cabo en esta tesis están todas ellas orientadas a la mejora de la operación de inversores en paralelo en las aplicaciones descritas y son las siguientes: 1) Se presenta un modelo preciso en pequeña señal de n inversores conectados en paralelo con filtro de conexión a red LCL, en el cual se tienen en consideración los términos de acoplamiento entre fases de los inductores trifásicos. 2) Se propone una técnica de control en la que se emplean n-1 lazos de regulación que controlan la componente homopolar de las corrientes e imponen un valor nulo en régimen permanente, a fin de eliminar las corrientes de circulación. 3) Se propone el uso de moduladores en espacio vectorial de tres dimensiones (3D-SVM) para implementar el control de la componente homopolar de las corrientes. 4) Se muestran resultados analíticos, de simulación y experimentales que validan el esquema de control propuesto considerando la aparición de corrientes de circulación debido a distintos factores: desbalanceo de inductancias entre las fases de un inversor y de distintos inversores, desbalanceo de potencia entre inversores y empleo de modulaciones distintas en los inversores conectados en paralelo. Los ensayos experimentales se realizan sobre un convertidor trifásico de 10 kW formado por la conexión en paralelo de dos módulos de 5 kW cada uno. 5) Se muestran resultados de simulación y experimentales de la aplicación de las técnicas de reducción de corrientes de circulación a convertidores de interconexión entre los buses de alterna y continua de microrredes híbridas. Los ensayos experimentales se particularizan a un convertidor trifásico de 7.5 kW formado por un módulo de 5 kW y otro de 2.5 kW conectados en paralelo, emulando una eventual ampliación de potencia del 50%. 6) Se lleva a cabo el estudio por simulación de un sistema fotovoltaico de 2 MW compuesto por cuatro inversores de 500 kW conectados en paralelo, demostrando que el control de las componentes homopolares de las corrientes reduce en gran medida el valor de las corrientes de circulación y mejora el desempeño de la instalación. 7) Por último, se propone una técnica de control para mejorar la eficiencia global de inversores fotovoltaicos centralizados de potencia elevada, el cual se basa en la utilización de modelos funcionales bidimensionales de eficiencia para activar/desactivar los módulos de potencia en función del punto de operación del campo fotovoltaico. / [CA] En aquest treball es proposen tècniques de control específiques per a la paral·lelització d'inversors sense transformador connectats a la xarxa, en aplicacions d'interconnexió de busos de micro-xarxes híbrides i instal·lacions fotovoltaiques de gran potència. La paral·lelització d'inversors presenta múltiples avantatges com ara són la modularitat, la redundància o la flexibilitat per ampliar la potència d'un sistema o d'una instal·lació. En el cas d'inversors fotovoltaics centralitzats, també es permet la connexió/desconnexió de mòduls inversors connectats en paral·lel permetent una major eficiència global quan es treballa a potències baixes. En canvi, la paral·lelització d'inversors provoca l'aparició de corrents de circulació que poden provocar efectes indesitjables en el sistema o en la instal·lació. Totes les contribucions que es porten a terme en aquesta tesi estan orientades a la millora de la operació de inversors en paral·lel en les aplicacions descrites i son les següents: 1)Es presenta un model precís en xicoteta senyal de n inversors connectats en paral·lel amb filtre LCL de connexió a xarxa, en el qual es tenen en consideració els termes d'acoblament entre fases dels inductors trifàsics. 2) Es proposa una tècnica de control en la que s'usen n-1 llaços de regulació que controlen la component homopolar de les corrents i imposen un valor nul en règim permanent, a la fi d'eliminar les corrents de circulació. 3) Es proposa l'ús de moduladors en espai vectorial de tres dimensions (3D SVM) per implementar el control de la component homopolar de les corrents. 4) Es mostren resultats analítics, de simulació i experimentals els quals validen l'esquema de control proposat considerant l'aparició de corrents de circulació degut a diversos factors: desbalanceig d'inductàncies entre les fases d'un inversor i de distints inversors, desbalanceig de potència entre inversors i ús de modulacions distintes en els inversors connectats en paral·lel. Els assajos experimentals es realitzen sobre un inversor trifàsic de 10 kW format per la connexió en paral·lel de dos mòduls de 5 kW cadascun. 5) Es mostren resultats de simulació i experimentals de l'aplicació de les tècniques de reducció de corrents de circulació a convertidors d'interconnexió entre els busos d'alterna i contínua de micro-xarxes híbrides. Els assajos experimentals es particularitzen a un convertidor trifàsic de 7.5 kW format per un mòdul de 5 kW i altre de 2.5 kW connectats en paral·lel, emulant una eventual ampliació de potència del 50 %. 6) Es duu a terme l'estudi per simulació d'un sistema fotovoltaic de 2 MW format per quatre inversors de 500 kW connectats en paral·lel demostrant que el control de les components homopolars de les corrents redueixen en gran mesura el valor de les corrents de circulació i millora l'acompliment de la instal·lació. 7) Per últim, es proposa una tècnica de control per a la millora de l'eficiència global d'inversors fotovoltaics centralitzats de potència elevada, el qual es basa en la utilització de models funcionals bidimensionals d'eficiència per activar/desactivar els mòduls de potència en funció del punt d'operació del camp fotovoltaic. / [EN] In this work they have been proposed specific control techniques for the parallelization of transformerless inverters connected to the grid in two specific applications: i) the interlinking converter between ac and dc bus of hybrid microgrids and ii) high power photovoltaic farms. Paralleling of inverters presents some advantages as modularity, redundancy or flexibility for increasing the power of a system or of a plant. In photovoltaic centralized inverters, the parallel inverters can be connected and disconnected in order to improve the global efficiency when the system works at low power. However, the inverters paralleling causes the appearance of circulating currents which can produce undesirable effects in the system or in the plant. The contributions that are carried out in this thesis are all of them aimed at improving the operation of parallel inverters in the described applications and they are as follows: 1) It has been presented an accurate small signal model of n parallel inverters with an LCL grid filter, in which the mutual coupling terms of the three-phase inductors has been considered. 2) It has been proposed a control technique with n-1 control loops that control the zero-sequence current component by setting a zero value in steady state, looking for eliminating the circulating currents. 3) It has been proposed the use of three-dimension space vector modulator (3D SVM) to implement the zero-sequence currents control. 4) The analytical results have been validated by means of simulation and experimental results, showing the performance of the proposed control scheme considering the appearance of circulating currents due to different factors: i) inductor imbalances between the phases of an inverter or ii) between different inverters, iii) power imbalances between inverters and iv) the use of different modulation techniques in the parallel inverters. The experimental tests have been carried out on a 10 kW three-phase converter composed by the parallel connection of two 5 kW modules. 5) They have been shown both simulation and experimental results of the application of circulating current reduction techniques to interlinking converters between the DC and the AC buses of hybrid microgrids. The experimental tests have been particularized to a 7.5 kW three-phase converter composed by a 5 kW and a 2.5 kW module connected in parallel, emulating an eventual 50 % power expansion. 6) Is has been carried out the simulation study of a 2 MW photovoltaic system composed by four 500 kW inverters connected in parallel, showing that the control of the zero-sequence currents greatly reduces the value of the circulating currents and improve the system performance. 7) Finally, it has been proposed a control technique for the improvement of the global efficiency of high power photovoltaic centralized inverters, which is based in the use of bidimensional functional efficiency models to activate/deactivate the power modules according to the operation point of the photovoltaic farm. / Liberos Mascarell, MA. (2021). Técnicas de control para la conexión en paralelo de inversores aplicadas a convertidores de interconexión entre los buses de CC y CA de microrredes híbridas e inversores fotovoltaicos centralizados de alta potencia [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/168190 / TESIS

Submitted by JOSÉ CARLOS UGAZ PEÑA null (josecarlos84@gmail.com) on 2016-06-20T13:29:30Z No. of bitstreams: 1 Tese_JoseCarlosPena_PPGEE.pdf: 9650212 bytes, checksum: 77b105d009c0b473cbc424e681ebe9a5 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-06-22T13:10:00Z (GMT) No. of bitstreams: 1 pena_jcu_dr_ilha.pdf: 9650212 bytes, checksum: 77b105d009c0b473cbc424e681ebe9a5 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-22T13:10:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 pena_jcu_dr_ilha.pdf: 9650212 bytes, checksum: 77b105d009c0b473cbc424e681ebe9a5 (MD5) Previous issue date: 2016-06-02 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Os inversores fonte de tensão com filtro de saída LCL (VSI+LCL) são amplamente utilizados em sistemas de geração distribuída. Nestas aplicações o sistema é controlado como uma fonte de corrente, no entanto, há a possibilidade de controlar o conjunto como uma fonte de tensão. Desta forma, a mencionada configuração pode ser utilizada em geração distribuída no ambiente de microrredes onde os sistemas, monofásicos ou trifásicos, devem operar conectados à rede de distribuição elétrica com controle das potências injetadas (ativa e reativa) e serem capazes de, em ausência da rede, passar a operar no modo autônomo. Ainda, após o restabelecimento da rede, o controle deve levar o sistema a operar novamente no modo conectado. Sendo as transições realizadas sem transientes que possam danificar qualquer componente do sistema. O filtro LCL, de terceira ordem, caracteriza um comportamento ressonante que pode comprometer a estabilidade do sistema. Para resolver esta situação, diversas técnicas ativas e passivas são aplicadas. Para aplicações de baixa potência, preferem-se as técnicas passivas de amortecimento devido a sua simplicidade e baixo custo, porém estas implicam em perdas adicionais. Já as técnicas ativas de amortecimento, consideram procedimentos de controle para atenuar a ressonância, e, portanto, não adicionam perdas, porém, sua realização requer da realimentação de variáveis adicionais elevando assim o custo do sistema. Todavia, mesmo que aplicáveis a ambos os modos de operação, as técnicas de amortecimento disponíveis na literatura consideram apenas um modo de operação. O presente trabalho de doutorado explora a possibilidade de controlar sistemas VSI+LCL, monofásicos e trifásicos, em ambos os modos de operação, com atenção a objetivos específicos em cada modo e transições suaves entre estes. Assim, são apresentadas duas estratégias de controle. A primeira estratégia considera o amortecimento da ressonância por técnicas passivas, mediante a utilização de um ramo de amortecimento de segunda ordem, projetado para garantir o efeito desejado em ambos os modos de operação e simplificar a dinâmica do sistema a fim de facilitar o projeto dos controladores, abordagem não utilizada nos métodos conhecidos na literatura. Logo, o sistema amortecido é controlado em uma configuração de duas malhas, controlando a corrente injetada mediante a tensão no capacitor. A segunda estratégia proposta considera a utilização de controladores por realimentação de estados em tempo discreto, sintetizados mediante desigualdades matriciais lineares, para simultaneamente, realizar ativamente o amortecimento da ressonância e atender os objetivos de controle em ambos os modos de operação. Ambas as estratégias propostas consideram controladores ressonantes com o objetivo de rastrear sinais senoidais de referência com erro nulo e suprimir componentes harmônicos de baixa ordem na corrente de saída. Ainda, os controladores são projetados considerando a necessidade de garantir a estabilidade robusta do sistema, isto é, frente a perturbações externas (tais como variações na carga local, oscilações na tensão do barramento CC ou distúrbios na rede) e às variações em parâmetros do sistema, como a indutância de rede. As propostas são apresentadas em detalhe, incluindo os procedimentos de projeto assim como critérios para a geração e coordenação dos sinais de controle e referência. As estratégias propostas são avaliadas experimentalmente sendo os resultados obtidos discutidos e analisados considerando-se as respectivas normas para os casos de operação conectada e ilhada. / The voltage source inverter utilization with LCL filters (VSI+LCL) is extended in Distributed Electrical Energy Systems. In these applications, the system is controlled as a current source, however, it can also be controlled as a voltage source. Hence, this configuration is suitable for microgrids environment. In this scenario, the system should operate connected to utility grid with control of the supplied power (active or reactive) and also be capable, in case of grid absence, to operate in islanded mode. Then, if the grid is reestablished, system should be reconnected to grid. Moreover, these transitions should be smooth, with no hazardous transients. The third order filter leads to a resonant behavior that can compromise the system stability. In order to overcome this limitation, passive and active damping methods are used. In low power applications, passive damping methods are preferred due to their simplicity and low. Nevertheless, these methods lead to additional losses. On the other hand, active damping methods consider the feedback of additional variables in order to damp the resonance in closed loop, with no additional losses. This implies additional sensors, thus increasing the overall cost. Despite their effectiveness to damp the resonance in both autonomous and grid connected applications, the most of the damping methods are usually designed only for a specific operation mode. This work explores the possibility to control VSI+LCL systems, single and three-phase, in both operation modes, attending to specific goals in each one, and with smooth transitions between them. For that purpose, two control strategies are proposed. The first one considers passive damping methods, by using a second order damping branch which is designed in order to guarantee the desired effect in both operation modes, thus simplifying the system dynamics in order to ease the control. This approach is not known in the literature. Then, the damped system is controlled in a two loop strategy, where the output current is controlled by means of the capacitor voltage. The second strategy considers the utilization of discrete time state-feedback controllers, synthesized by Linear Matrix Inequalities, in order to simultaneously achieve the active damping and the control goals for both operation modes. The proposed strategies use resonant controllers in order to achieve the tracking of sinusoidal references and to suppress low order harmonics in the output current. Moreover, controllers are designed to achieve robust stability of the system, thus, even in front of external disturbances (such as local load variations, DC bus oscillations or grid disturbances) and variation on system parameters, such as the grid inductance. The two introduced strategies are detailed including the design procedure and the criterion to generate and coordinate the reference and control signals. The two proposed strategies were experimentally verified. The results were analyzed and compared to the requirements imposed by the related standards for both modes of operation. / CNPq: 141757/2012-4

Orientador: Carlos Alberto Canesin / Resumo: Os inversores fonte de tensão com filtro de saída LCL (VSI+LCL) são amplamente utilizados em sistemas de geração distribuída. Nestas aplicações o sistema é controlado como uma fonte de corrente, no entanto, há a possibilidade de controlar o conjunto como uma fonte de tensão. Desta forma, a mencionada configuração pode ser utilizada em geração distribuída no ambiente de microrredes onde os sistemas, monofásicos ou trifásicos, devem operar conectados à rede de distribuição elétrica com controle das potências injetadas (ativa e reativa) e serem capazes de, em ausência da rede, passar a operar no modo autônomo. Ainda, após o restabelecimento da rede, o controle deve levar o sistema a operar novamente no modo conectado. Sendo as transições realizadas sem transientes que possam danificar qualquer componente do sistema. O filtro LCL, de terceira ordem, caracteriza um comportamento ressonante que pode comprometer a estabilidade do sistema. Para resolver esta situação, diversas técnicas ativas e passivas são aplicadas. Para aplicações de baixa potência, preferem-se as técnicas passivas de amortecimento devido a sua simplicidade e baixo custo, porém estas implicam em perdas adicionais. Já as técnicas ativas de amortecimento, consideram procedimentos de controle para atenuar a ressonância, e, portanto, não adicionam perdas, porém, sua realização requer da realimentação de variáveis adicionais elevando assim o custo do sistema. Todavia, mesmo que aplicáveis a ambos os modos de operação,... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The voltage source inverter utilization with LCL filters (VSI+LCL) is extended in Distributed Electrical Energy Systems. In these applications, the system is controlled as a current source, however, it can also be controlled as a voltage source. Hence, this configuration is suitable for microgrids environment. In this scenario, the system should operate connected to utility grid with control of the supplied power (active or reactive) and also be capable, in case of grid absence, to operate in islanded mode. Then, if the grid is reestablished, system should be reconnected to grid. Moreover, these transitions should be smooth, with no hazardous transients. The third order filter leads to a resonant behavior that can compromise the system stability. In order to overcome this limitation, passive and active damping methods are used. In low power applications, passive damping methods are preferred due to their simplicity and low. Nevertheless, these methods lead to additional losses. On the other hand, active damping methods consider the feedback of additional variables in order to damp the resonance in closed loop, with no additional losses. This implies additional sensors, thus increasing the overall cost. Despite their effectiveness to damp the resonance in both autonomous and grid connected applications, the most of the damping methods are usually designed only for a specific operation mode. This work explores the possibility to control VSI+LCL systems, single and three-phase... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Este trabalho apresenta a análise e o desenvolvimento experimental de uma estrutura topológica de retificador híbrido trifásico que oferece as características operacionais de imposição de correntes de linha de entrada senoidais, de alto fator de potência, de reduzida distorção harmônica total de corrente e de fornecimento de um barramento CC com tensão regulada utilizando a inovadora técnica de Compensação Série de Tensão no Barramento CC tanto para condições normais de suprimento da rede elétrica como para condições de afundamentos temporários de tensão equilibrados e desequilibrados na rede CA. Para corroborar com a teoria exposta e com as análises de simulação computacional, um protótipo de 5 kW foi construído e ensaios experimentais realizados em laboratório permitiram demonstrar que para condições normais de suprimento da rede CA a solução proposta assegura distorções harmônicas de corrente na ordem de 2% e um fator de potência por fase próximo do valor unitário (0,996), além de ser capaz de regular e manter a tensão no barramento CC constante mesmo durante o transitório provocado por um degrau de carga de alta potência. Durante a ocorrência de afundamentos de tensão, a estrutura é capaz de regular a tensão do barramento CC no valor de referência estabelecido, assegurando elevado fator de potência mesmo durantes estes distúrbios da rede CA de alimentação. Destaca-se que estas características operacionais, além de serem alcançadas com os conversores chaveados que compõem a estrutura processando apenas uma parcela da potência total de saída, tornando o conjunto mais eficiente e robusto, fazem da estrutura proposta uma excelente alternativa para aplicações com elevados níveis de potência envolvendo a alimentação de cargas CC sensíveis aos distúrbios provocados pela rede CA e para aplicações que compreendem a compensação de oscilações de tensão devido às intermitências dos sistemas de microgeração que compõem as redes de distribuição em corrente contínua das microrredes. / This work presents the analysis and the experimental development of a topological structure of three-phase hybrid rectifier, which provides operational characteristics for imposing sinusoidal input line currents, with high power factor, low current total harmonic distortion and providing a DC bus with regulated voltage using the innovative technique of Series Voltage Compensation in the DC Bus for both normal conditions of mains power supply and for temporary sags for balanced and unbalanced voltage ac power supply conditions. In order to corroborate the exposed theory and with computational simulation analysis, a 5 kW prototype was assembled and experimental tests were conducted in laboratory. The results demonstrated that under normal conditions of AC mains supply the proposed solution ensures harmonic distortions about 2 % for the input AC currents and a power factor per phase approximately unitary (0.996). Moreover, the prototype can regulate and maintain the DC bus voltage in a constant value even during the transient caused by a high-power load step. During the occurrence of voltage sags, the structure can regulate the DC bus voltage in the established reference value, ensuring high power factor even during AC mains power supply disturbances. One can emphasize that these operational characteristics, in addition of being achieved with the switched converters that comprise the structure processing only an amount of the total output power, was observed that the whole assembly is more efficient and robust. The proposed structure is an excellent alternative for supplying high power DC loads sensitive to disturbances caused by AC mains and for applications involving voltage oscillations compensation due to intermittences of microgeneration systems that are connected to DC distribution of microgrids. / Tese (Doutorado)

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.