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FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / The harmonic pollution in distribution systems has increased significantly due to the widespread use of nonlinear loads. The current and voltage harmonics deteriorate the power quality supplied by feeders and compromise the efficiency of the equipments connected to the electric network. These equipments require a sinusoidal waveform to ensure its suitable functioning, as in the case of transformers. Its performance and mainly the protection depend largely of the insulation of the windings, which is closely related to the operating temperature. Concerning this, this work proposes a study on energy efficiency, whose main aim is to investigate the transformer heating in the presence of harmonics. It is presented comparative measurements between the increasing of temperature caused a 10kVA three-phase dry-type transformer when submitted to sinusoidal voltages and currents and nonsinusoidal. Later a comparison was made between experimental results and the simulations obtained from a 3D model of the same transformer developed in the software COMSOL Multiphysics. It was observed that the higher harmonic current distortion, the higher temperature at the core, and especially in the coils. While in the case of supply voltage with interharmonic and subharmonic, the impact on transformer heating become much more pronounced in relation to the cases in which their supply voltage is sinusoidal or contains harmonics of the 3rd, 5th and 7th orders. The errors checked between the measurements and the results of simulations were considered acceptable. With the refinement of the model, will be possible use it in order to predict the temperature spectrum of transformers at the begining of the design, mainly in nonlinear conditions of operation. / A poluiÃÃo harmÃnica em sistemas de distribuiÃÃo tem aumentado significativamente devido ao uso generalizado de cargas nÃo lineares. HarmÃnicos de corrente e tensÃo deterioram a qualidade da energia fornecida pelos alimentadores e comprometem a eficiÃncia dos equipamentos conectados à rede elÃtrica. Estes equipamentos necessitam de uma forma de onda senoidal para garantir seu funcionamento adequado, como à o caso dos transformadores. Seu desempenho e principalmente a proteÃÃo dependem, em grande parte, do isolamento dos enrolamentos, o qual està intimamente relacionado com a temperatura de operaÃÃo. Concernente a isso, este trabalho propÃe um estudo sobre eficiÃncia energÃtica, cujo principal objetivo à investigar o aquecimento do transformador na presenÃa de harmÃnicos, apresentando mediÃÃes comparativas entre o aumento da temperatura causada em um transformador a seco trifÃsico de 10~kVA quando submetido a correntes e tensÃes senoidais e nÃo senoidais, e, posteriormente, uma comparaÃÃo entre os resultados experimentais e os de simulaÃÃes obtidas a partir de um modelo 3D do mesmo transformador desenvolvido no emph{software} COMSOL emph{Multiphysics}. Verificou-se que quanto maior a distorÃÃo harmÃnica de corrente, mais elevada à a temperatura no nÃcleo, e sobretudo nas bobinas. Enquanto que para tensÃo de alimentaÃÃo com inter-harmÃnico e sub-harmÃnico o impacto no aquecimento do transformador tornou-se bem mais acentuado em relaÃÃo a casos nos quais sua tensÃo de alimentaÃÃo à senoidal ou contÃm harmÃnicas de 3Â, 5 e 7 ordens. Os erros verificados entre as mediÃÃes e os resultados de simulaÃÃes foram considerados aceitÃveis. Com o refinamento do modelo, serà possÃvel empregÃ-lo a fim de prever o espectro de temperatura de transformadores em fase de projeto, principalmente sob condiÃÃes nÃo lineares de operaÃÃo.

El análisis de Fourier es el método fundamental para la medida de armónicos e interarmónicos en señales eléctricas y es el principio de análisis que establece la International Electrotechnical Commission para los instrumentos de medida. Con el objetivo de superar las limitaciones que lo hacen poco efectivo en determinadas condiciones se han propuesto otras técnicas de análisis como las wavelets. En esta tesis doctoral se explora esta alternativa en el campo de la calidad del suministro de energía eléctrica.Como aportación principal se presenta un nuevo método de medida de armónicos e interarmónicos basado en la Transformada Wavelet Packet compatible con el estándar de medida IEC 61000-4-7 de 2002. El método propuesto utiliza un árbol de descomposición wavelet, que en sus distintos niveles suministra la medida de armónicos e interarmónicos de la señal, así como su contenido subarmónico e información de sus variaciones en el dominio temporal.Se exponen las características principales del método en cuanto a la elección de la función wavelet madre, el banco de filtros que implementa el árbol de descomposición wavelet y el postprocesado que posibilita la compatibilidad con el estándar de medida. Se analizan las prestaciones del método en la medida de armónicos e interarmónicos, tanto en condiciones estacionarias como en el caso de pérdida de sincronía por variación de la frecuencia fundamental o variación de la ventana de muestreo de la señal, presencia de componentes no síncronas con la frecuencia de la red o presencia de componentes de amplitud variable. Por último, se expone la información que aporta el método para la estimación temporal de las componentes frecuenciales medidas.El método desarrollado junto con el método de IEC, se ha implementado sobre un equipo electrónico para adquisición y procesado de señal utilizando técnicas de instrumentación virtual. Se expone la estructura y características del hardware utilizado y del software desarrollado así como los resultados obtenidos en la medida del espectro frecuencial de señales de diferente naturaleza.Por último se resumen las conclusiones obtenidas y se proponen futuras líneas de investigación motivadas por la realización de esta tesis doctoral. / Fourier analysis is the fundamental method for the measurement of harmonics and interharmonics in electrical power systems and is the method proposed by the International Electrotechnical Commission (IEC) for standard measurement instruments. With the objective of overcoming the limitations in certain conditions, other techniques of analysis such as wavelets have been proposed. This doctoral thesis investigates alternatives in the field of the quality of the provision of electrical energy. The main contribution of this thesis is the proposal of a new method of measurement of harmonics and interharmonics based on the Wavelet Packet Transform compatible with the standard IEC 61000-4-7 of 2002. The method proposed simultaneously uses different levels of the same wavelet decomposition tree for the measurement of harmonic, interharmonic and subharmonic components in the input signal as well as their time evolution.The basic characteristics of the method in terms of the choice of the mother wavelet function, the bank of filters that implements the wavelet decomposition tree and the postprocessing to make the method compatible with the measurement standard are explained. The benefits of the method in the measurement of harmonics and interharmonics are analyzed, both in stationary conditions and in the case of loss of synchrony due to variation of the base frequency or variation of the sampling window of the signal, presence of nonsynchronous components with the frequency of the network or presence of components of variable amplitude. Finally, the information that the method provides about the temporal estimation of the measured frequencial components is described.The method developed and the IEC method have been implemented on a virtual instrument. The hardware used and the software developed are explained studying the performance of the instrument under different measurement conditions.Finally the conclusions obtained are summarized and future lines of investigation motivated by this doctoral thesis are proposed.

CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / In applications related to power converters, such as inverters, rectifiers and the use of active filters, the synchronization method represent a very important element in the performance of the control strategy of this equipment. The estimated values of the synchronism angle, frequency and amplitude determined by the synchronization algorithms present, facing strongly distorted signals with the presence of sub and interharmonics, high errors. This study presents two algorithms: one applied on single-phase electrical systems and one applied on three-phase electrical systems, with high immunity to interharmonics and subharmonics. First are presented the main synchronization systems that are used in the electrical power systems. In addition, will be presented the main causes and consequences of the presence of subharmonics and interharmnics in the system, as well as the mathematical modeling of the two algorithms with high rejection to these disturbances. Will be presented the simulation and the experimental results of the proposed algorithms and the comparison between these synchronization methods with particular methods present in the literature. As a result of the study, it can be seen that the proposed structures present a higher response time, but the error of the estimated signal with respect the fundamental component of the input signal is lower when compared to structures such as EPLL and structures based on SOGI. It was observed that the proposed synchronization methods are enabled to estimate the synchronism angle, the frequency and the fundamental component of the input signal adequately and can be used in control strategies of power converters. / Em aplicaÃÃes relacionadas à EletrÃnica de PotÃncia, como inversores, retificadores e a utilizaÃÃo de filtros ativos, o mÃtodo de sincronizaÃÃo representa um elemento chave no desempenho da estratÃgia de controle destes equipamentos. Os valores do Ãngulo de sincronismo, frequÃncia e amplitude estimados com determinados algoritmos de sincronizaÃÃo apresentam, diante de sinais fortemente distorcidos com a presenÃa de sub e inter-harmÃnicos, erros elevados. Neste trabalho sÃo apresentados dois algoritmos: um aplicado a sistemas elÃtricos monofÃsicos e outro aplicado a sistemas elÃtricos trifÃsicos, com elevada imunidade a inter-harmÃnicos e sub-harmÃnicos. Primeiramente sÃo apresentados os principais sistemas de sincronizaÃÃo utilizados em sistemas elÃtricos de potÃncia. AlÃm disso, sÃo apresentadas as principais causas e consequÃncias da presenÃa de sub-harmÃnicos e inter-harmÃnicos no sistema, bem como a modelagem matemÃtica dos dois algoritmos com elevada rejeiÃÃo a estes distÃrbios. SÃo apresentados os resultados de simulaÃÃo e experimentais dos algoritmos propostos e a comparaÃÃo entre estes mÃtodos de sincronizaÃÃo com determinados mÃtodos presentes na literatura. Como resultado do estudo, pode-se observar que as estruturas de sincronizaÃÃo propostas apresentam um tempo de resposta mais elevado, porÃm o erro do sinal estimado em relaÃÃo a componente fundamental do sinal de entrada à inferior quando comparado a estruturas como o EPLL e estruturas baseadas no SOGI. Com isso, tem-se que as mesmas estÃo habilitadas para estimar o Ãngulo de sincronismo, a frequÃncia e a componente fundamental do sinal de entrada adequadamente e podem serem utilizadas eficientemente em estratÃgias de controle de conversores de potÃncia.