Sjukhus och flygplatser är precis som resten av samhället, beroende av el. Med dagens teknik är sjukhus och flygplatser högteknologiska ochväldigt störningskänsliga för elbortfall,vilket gör det viktigt att ha en stabil och säker kraftförsörjning utan avbrott. Ett avbrott i strömförsörjningen kan orsaka allvarliga,till och med livsfarliga konsekvenser. Att säkerställa ett bra och redundant reservkraftsystemär väsentligt för sjukhusen och flygplatserna. Syftet med studien var att undersöka samt ta fram reservkraftsystem med redundansförsjukhus och flygplatser. Under arbetets gång har litteraturstudie om generatorer och UPS-system (uninterruptible power supply) gjorts samt intervjuer med experter inom båda ämnena. Resultat visar de fundamentala delarna som är viktiga att ta hänsyn till vid dimensionering av reservkraftsystem. Men det visar också på att det finns många faktorersom spelar in vid dimensionering av systemen, vilket leder till att alla system ser olika ut och det finns inte riktigtnågon specifik mall att följa. / Hospitals and airports are just like the rest of society, dependent onelectricity. With today's technology, hospitals and airports are highly technological and highly sensitiveto electricity loss. Thatmakes it important to have stable and secure power supply without interruptions. An interruption of power supply can cause serious even fatal consequences. Ensuring a good and redundant reserve power system is essential for hospitals and airports. The purpose of the study was to investigate and provide good redundant solutions for reserve systems in hospitals and airports. During the course of the thesis, literature studies ofgenerators and UPS (uninterruptible power supply) systems have been conducted as well as interviews with experts in both subjects.Results show the fundamental aspects that should be taken into account when dimensioning reserve power systems. But it also shows that there are many aspects that affectthe system dimensioning, which means that all systems look different and there is no specific template to follow.

CAPES / Este trabalho tem como objetivo a análise, projeto e implementação de estratégias de controle repetitivo para aplicação em sistemas de alimentação ininterrupta de energia (UPS - Uninterruptible Power Supply). Inicialmente, a revisão da literatura aborda os controladores mais aplicados neste propósito. Uma visão geral sobre sistemas UPS é realizada, com foco em diferentes topologias e o projeto de um filtro indutivo capacitivo (LC), para reduzir o conteúdo harmônico proveniente das comutações do inversor, é discutido. Na sequência, uma estratégia de controle é proposta. Nesta estratégia um termo feedforward é utilizado para gerar a forma de onda da tensão de saída e um controlador do tipo proporcional derivativo (PD) é inserido para compensar distúrbios não cíclicos. Para compensação de distúrbios cíclicos, algumas técnicas de controle repetitivo são analisadas e implementadas. A adição destes controladores apresenta bom desempenho, porém, quando o sistema sofre interferências, as características dinâmicas destes controladores são afetadas. Modificações são realizadas para tornar o sistema menos suscetível a ruídos de alta frequência e a distúrbios aperiódicos. Ainda, é proposto um controlador repetitivo com adaptação do ganho que apresenta robustez suficiente para boa regulação de tensão mesmo na presença de distúrbios aperiódicos e interferências eletromagnéticas. Por fim, é descrita a implementação de uma plataforma flexível, baseado em um inversor PWM controlado por um processador digital de sinais com periféricos para aquisição de dados e geração de PWM, DSC TMS320F28335. A partir desta plataforma, foram obtidos resultados experimentais para um protótipo de uma UPS monofásica, os quais comprovam o desempenho das técnicas de controle apresentadas e propostas. / This work presents an analysis, design and implementation of repetitive control strategies applied to uninterruptible power supplies (UPS) systems. At the beginning, a literature review of the main controllers concerning this purpose is shown. A global vision of UPS systems with focus on different topologies is made and the project of an inductive capacitive filter (LC) is presented where the goal is to reduce harmonic content due to the inverter switching. After that, a control strategy is presented. In this strategy a feed forward term is used to generate the wave form shape of the output voltage and a Proportional Derivative (PD) controller is introduced to compensate non cyclic disturbances. For the compensation of cyclic disturbs some repetitive control techniques are analyzed and implemented. The inclusion of these controllers provides a good performance for the output system, however, when the system is exposed to interferences, the dynamic characteristics of these controllers are affected. Modifications are presented to make the system less susceptible for high frequencies noise and aperiodic disturbs. In addition, a repetitive controller with gain adaptation is proposed with sufficient robustness to obtain a good voltage regulation even in the presence of aperiodic disturbances and electromagnetic interferences. Finally, the implementation of a flexible platform is presented, based on PWM inverter controlled by a digital signal processor with data acquisition and generation PWM peripherals, DSP TMS320F28335. From this platform, experimental results for a monophasic UPS prototype was obtained, which ones prove the performance of the control techniques presented and proposed.

CAPES / Este trabalho traz um estudo da aplicação do conversor Full-Bridge bidirecional como um carregador de banco de baterias em um barramento CC de fontes de energia renováveis. O problema principal destas fontes é que são sazonais e não oferecem uma continuidade de fornecimento de potência. Assim, o uso de banco de baterias, conectado a um barramento CC compartilhado com outras fontes renováveis traz contribuições na continuidade do fornecimento de energia. O conversor proposto neste trabalho visa conectar o banco de baterias ao barramento CC e ao mesmo tempo que faz a integração dos modos de carga e descarga em um único conversor. Adicionalmente, para reduzir volume, é utilizado um transformador planar que oferece alta eficiência (máximo de 99,5%) e uma reduzida relação volume/potência. O conversor foi desenvolvido para carregar um banco de baterias de 192V. No modo de descarga, ele é suado para alimentar um barramento CC de 400V com uma potência máxima de 1,34kW. Apesar do uso do conversor full-bridge não ser novidade nestes tipos de aplicação, dois fatores serviram de motivação para este trabalho: o uso do transformador planar e a tendência mundial de integração de fontes renováveis. / This work presents a study of the application of the Full-bridge bidirectional DC converter as a battery bank charger in a DC bus of renewable energy sources. The main problem is that these sources are seasonal and do not offer a continuously power supply. Thus, the use of a battery bank connected to a DC bus shared with other renewable sources brings contributions in the continuity of power supply. The converter proposed in this work aims to connect the battery bank to the DC bus at the same time it integrates the charging and discharging modes into a single converter. Additionally, to reduce the volume, it is used a planar transformer that provides high efficiency (up to 99.5%) and a reduced volume/power ratio. The converter is designed to charge a bank of batteries of 192V. At the discharge mode, it is designed to feed a 400V DC bus with maximum power of 1.34 kW. Despite the use of the full-bridge converter is not new in these types of application, two factors served as motivation for this work: the use of planar transformer and the global trend of integration of renewable sources.

CAPES / Este trabalho tem como objetivo a análise, projeto e implementação de estratégias de controle repetitivo para aplicação em sistemas de alimentação ininterrupta de energia (UPS - Uninterruptible Power Supply). Inicialmente, a revisão da literatura aborda os controladores mais aplicados neste propósito. Uma visão geral sobre sistemas UPS é realizada, com foco em diferentes topologias e o projeto de um filtro indutivo capacitivo (LC), para reduzir o conteúdo harmônico proveniente das comutações do inversor, é discutido. Na sequência, uma estratégia de controle é proposta. Nesta estratégia um termo feedforward é utilizado para gerar a forma de onda da tensão de saída e um controlador do tipo proporcional derivativo (PD) é inserido para compensar distúrbios não cíclicos. Para compensação de distúrbios cíclicos, algumas técnicas de controle repetitivo são analisadas e implementadas. A adição destes controladores apresenta bom desempenho, porém, quando o sistema sofre interferências, as características dinâmicas destes controladores são afetadas. Modificações são realizadas para tornar o sistema menos suscetível a ruídos de alta frequência e a distúrbios aperiódicos. Ainda, é proposto um controlador repetitivo com adaptação do ganho que apresenta robustez suficiente para boa regulação de tensão mesmo na presença de distúrbios aperiódicos e interferências eletromagnéticas. Por fim, é descrita a implementação de uma plataforma flexível, baseado em um inversor PWM controlado por um processador digital de sinais com periféricos para aquisição de dados e geração de PWM, DSC TMS320F28335. A partir desta plataforma, foram obtidos resultados experimentais para um protótipo de uma UPS monofásica, os quais comprovam o desempenho das técnicas de controle apresentadas e propostas. / This work presents an analysis, design and implementation of repetitive control strategies applied to uninterruptible power supplies (UPS) systems. At the beginning, a literature review of the main controllers concerning this purpose is shown. A global vision of UPS systems with focus on different topologies is made and the project of an inductive capacitive filter (LC) is presented where the goal is to reduce harmonic content due to the inverter switching. After that, a control strategy is presented. In this strategy a feed forward term is used to generate the wave form shape of the output voltage and a Proportional Derivative (PD) controller is introduced to compensate non cyclic disturbances. For the compensation of cyclic disturbs some repetitive control techniques are analyzed and implemented. The inclusion of these controllers provides a good performance for the output system, however, when the system is exposed to interferences, the dynamic characteristics of these controllers are affected. Modifications are presented to make the system less susceptible for high frequencies noise and aperiodic disturbs. In addition, a repetitive controller with gain adaptation is proposed with sufficient robustness to obtain a good voltage regulation even in the presence of aperiodic disturbances and electromagnetic interferences. Finally, the implementation of a flexible platform is presented, based on PWM inverter controlled by a digital signal processor with data acquisition and generation PWM peripherals, DSP TMS320F28335. From this platform, experimental results for a monophasic UPS prototype was obtained, which ones prove the performance of the control techniques presented and proposed.

CAPES / Este trabalho traz um estudo da aplicação do conversor Full-Bridge bidirecional como um carregador de banco de baterias em um barramento CC de fontes de energia renováveis. O problema principal destas fontes é que são sazonais e não oferecem uma continuidade de fornecimento de potência. Assim, o uso de banco de baterias, conectado a um barramento CC compartilhado com outras fontes renováveis traz contribuições na continuidade do fornecimento de energia. O conversor proposto neste trabalho visa conectar o banco de baterias ao barramento CC e ao mesmo tempo que faz a integração dos modos de carga e descarga em um único conversor. Adicionalmente, para reduzir volume, é utilizado um transformador planar que oferece alta eficiência (máximo de 99,5%) e uma reduzida relação volume/potência. O conversor foi desenvolvido para carregar um banco de baterias de 192V. No modo de descarga, ele é suado para alimentar um barramento CC de 400V com uma potência máxima de 1,34kW. Apesar do uso do conversor full-bridge não ser novidade nestes tipos de aplicação, dois fatores serviram de motivação para este trabalho: o uso do transformador planar e a tendência mundial de integração de fontes renováveis. / This work presents a study of the application of the Full-bridge bidirectional DC converter as a battery bank charger in a DC bus of renewable energy sources. The main problem is that these sources are seasonal and do not offer a continuously power supply. Thus, the use of a battery bank connected to a DC bus shared with other renewable sources brings contributions in the continuity of power supply. The converter proposed in this work aims to connect the battery bank to the DC bus at the same time it integrates the charging and discharging modes into a single converter. Additionally, to reduce the volume, it is used a planar transformer that provides high efficiency (up to 99.5%) and a reduced volume/power ratio. The converter is designed to charge a bank of batteries of 192V. At the discharge mode, it is designed to feed a 400V DC bus with maximum power of 1.34 kW. Despite the use of the full-bridge converter is not new in these types of application, two factors served as motivation for this work: the use of planar transformer and the global trend of integration of renewable sources.

Este trabalho apresenta um estudo de controladores repetitivos e ressonantes-repetitivos aplicados a fontes ininterruptas de energia (UPSs, do termo em inglês, Uninterruptible Power Supplies). Primeiramente, o desempenho dos controladores repetitivos é analisado a partir das exigências e dos procedimentos de testes definidos pela norma IEC 62040-3. A partir destes resultados, são discutidas as principais causas para o erro de seguimento de um sinal de referência e é avaliado o impacto de metodologias de correção aplicadas na função de transferência do controlador repetitivo. No contexto dos controladores ressonantes-repetitivos duas topologias são analisadas: a primeira é composta por um controlador ressonante sintonizado na frequência fundamental do sinal a ser seguido em paralelo com um controlador repetitivo sintonizado na mesma frequência; a segunda topologia é composta pelo mesmo paralelo entre os controladores ressonante e repetitivo, mas um filtro complementar é adicionado em série com o controlador repetitivo visando alocar a operação de cada controlador em faixas de frequências distintas. Então uma variação do controlador ressonante-repetitivo com filtro é proposta, na qual o filtro é utilizado para corrigir a fase do laço do controlador repetitivo e consequentemente aumentar a magnitude nas frequências de interesse. A partir desta estrutura proposta, uma representação no espaço de estados do sistema em malha fechada é obtida e o projeto do controlador é realizado através da solução de um problema de otimização com restrições na forma de Desigualdades Matriciais Lineares (do inglês, Linear Matrix Inequalities - LMIs). Resultados de simulação utilizando Matlab/PSIM são apresentados para demostrar a melhoria de desempenho do sistema com o controlador proposto. / This work presents a study of repetitive and resonant-repetitive controllers applied to Uninterruptible Power Supplies (UPSs). First, the performance of repetitive controllers is analyzed in terms of requirements and test procedures defined in the IEC 62040-3 standard. From these results the main causes of the reference tracking error are discussed and the impact of correction methodologies applied to repetitive controller transfer function is evaluated. In the context of the resonant-repetitive controllers two topologies are analyzed: the first is composed of a resonant controller tuned to the fundamental frequency of the signal to be followed in parallel with a repetitive controller tuned to the same frequency; the second topology is composed of the same parallel connection between the resonant and the repetitive controllers but a complementary filter is added in series with the repetitive controller aiming to restrict each controller action to different frequency bands. Then a variation of the resonant-repetitive controller with a filter is proposed, in which the filter is used to correct the phase of the repetitive controller loop and consequently increase the magnitude at the frequencies of interest. From this proposed structure, a state space model representing the closed loop system is obtained and the controller design is carried out by the solution of an optimization problem based on LMI (Linear Matrix Inequality) constraints. Simulation results in Matlab/PSIM are presented to demonstrate the improvement on system performance with the proposed controller.

A data centre can consist of a large group of networked servers and associated power distribution, networking, and cooling equipment, all that application consumes enormous amounts of energy as a small city, which are driving to a significant increase in energy inefficiency problems in data centre, and high operational costs. Also the massive amounts of computation power contained in these systems results in many interesting distributed systems and resource management problems. In recent years, research and technologies in electrical engineering and computer science have made fast progress in various fields. One of the most important fields is the energy consumption in data centre. In recent years the energy consumption of electronic devices in data centre, as reported by. Choa, Limb and Kimb, nearly 30000000 kWh of power in a year, may consume by a large data centre and cost its operator around £3,000,000 for electricity alone. Some of the UK sites consume more than this. In the UK data centre the total power required are amid 2-3TWh per year. Energy is the largest single component of operating costs for data centres, varying from 25-60%. Agreeing to many types of research, one of the largest losses and causes of data centre energy inefficiency power distribution is from the uninterruptible power supply (UPS). So a detailed study characterized the efficiencies of various types of UPSs under a variety of operating conditions, proposed an efficiency label for UPSs, also investigate challenges related to data centre efficiency, and how all new technologies can be used to simplify deployment, improve resource efficiency, and saving cost. Data centre energy consumption is an important and increasing concern for data centre managers and operators. Inefficient UPS systems can contribute to this concern with 15 percent or more of utility input going to electrical waste within the UPS itself. For that reason, maximizing energy efficiencies, and reduce the power consumption in a data centre has become an important issue in saving costs and reducing carbon footprint, and it is necessary to reduce the operational costs. This study attempts to answer the question of how can future UPS topology and technology improve the efficiency and reduce the cost of data centre. In order to study the impact of different UPS technologies and their operating efficiencies. A model for a medium size data centre is developed, and load schedules and worked diagrams were created to examine in detail and test the components of each of the UPS system topologies. The electrical infrastructure topology to be adopted is configured to ‘2N’ and ‘N+1’ redundancy configuration for each UPS systems technologies, where ‘N’ stands for the number of UPS modules that are required to supply power to data centre. This work done at RED engineering designs company. They are professionals for designing and construction of a new Tier III and Tier IV data centres. The aim of this work is to provide data centre managers with a clearer understanding of key factors and considerations involved in selecting the right UPS to meet present and future requirements.

FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / This work deals with the theoretical analysis, design methodology and laboratory implementation of a 3kVA on-line mode Uninterruptible Power Supply (UPS) composed by a multilevel inverter based on a transformer with multiple secondaries and an active power factor correction input stage composed by a diode rectifier in series with a boost converter.The main motivation for this study is to assess the benefits of multilevel inverters in low power (<10kVA) applications. A 3kVA Uninterruptible Power Supply (UPS) with output and input voltage of 220V and 60Hz, has been implemented. Simulation and experimental results for a single phase prototype are conducted to validate the proposed idea. The utilization of low frequency operation inverters promotes low EMI, lower switches stresses, very low commutation losses and consequently higher efficiency. The multilevel converter here used isolates the load from the grid due to the multi-windings transformer intrinsic to the topology. The on-line mode of the UPS (no battery mode) has been implemented. Simulation and experimental results for a single-phase prototype are presented to validate the proposed converter. The UPS presented an efficiency of 90% / Este trabalho apresenta a anÃlise teÃrica, metodologia de projeto e implementaÃÃo do modo rede de um sistema ininterrupto de energia (UPS) na configuraÃÃo on-line, utilizando um inversor multinÃvel e um prÃ-regulador com correÃÃo de fator de potÃncia. O inversor baseia-se num transformador que opera em baixa freqÃÃncia com mÃltiplos secundÃrios isolados, em que a tensÃo multinÃvel na saÃda à formada atravÃs da combinaÃÃo dos enrolamentos secundÃrios do transformador por chaves de potÃncia estÃticas operando em baixa freqÃÃncia. O prÃ-regulador à composto por uma ponte completa de diodos em sÃrie com um conversor boost. A motivaÃÃo para este estudo consiste em avaliar os benefÃcios da utilizaÃÃo de inversores multinÃveis em baixas potÃncias (<10kVA) em UPS, com Ãnfase nos rendimentos das topologias. A utilizaÃÃo do inversor multinÃvel operando em baixa freqÃÃncia garante menores Ãndices de EMI, menores esforÃos de tensÃo e corrente nos semicondutores da estrutura, desprezÃveis perdas por comutaÃÃo e consequentemente maior rendimento. A estrutura utilizada possui ainda a caracterÃstica de garantir isolamento galvÃnico da rede elÃtrica com a carga atravÃs da utilizaÃÃo do transformador intrÃnseco desta topologia. O prÃregulador possui uma topologia que garante facilidade de implementaÃÃo e alto rendimento. O modo rede de um sistema ininterrupto de energia de 3kVA com tensÃo de entrada e saÃda de 220V e 60Hz, foi implementado. As simulaÃÃes e os resultados experimentais para um protÃtipo monofÃsico sÃo apresentados para a validaÃÃo da estrutura. O rendimento mÃximo obtido para o protÃtipo foi de 90%.

Este trabalho apresenta um estudo de controladores repetitivos e ressonantes-repetitivos aplicados a fontes ininterruptas de energia (UPSs, do termo em inglês, Uninterruptible Power Supplies). Primeiramente, o desempenho dos controladores repetitivos é analisado a partir das exigências e dos procedimentos de testes definidos pela norma IEC 62040-3. A partir destes resultados, são discutidas as principais causas para o erro de seguimento de um sinal de referência e é avaliado o impacto de metodologias de correção aplicadas na função de transferência do controlador repetitivo. No contexto dos controladores ressonantes-repetitivos duas topologias são analisadas: a primeira é composta por um controlador ressonante sintonizado na frequência fundamental do sinal a ser seguido em paralelo com um controlador repetitivo sintonizado na mesma frequência; a segunda topologia é composta pelo mesmo paralelo entre os controladores ressonante e repetitivo, mas um filtro complementar é adicionado em série com o controlador repetitivo visando alocar a operação de cada controlador em faixas de frequências distintas. Então uma variação do controlador ressonante-repetitivo com filtro é proposta, na qual o filtro é utilizado para corrigir a fase do laço do controlador repetitivo e consequentemente aumentar a magnitude nas frequências de interesse. A partir desta estrutura proposta, uma representação no espaço de estados do sistema em malha fechada é obtida e o projeto do controlador é realizado através da solução de um problema de otimização com restrições na forma de Desigualdades Matriciais Lineares (do inglês, Linear Matrix Inequalities - LMIs). Resultados de simulação utilizando Matlab/PSIM são apresentados para demostrar a melhoria de desempenho do sistema com o controlador proposto. / This work presents a study of repetitive and resonant-repetitive controllers applied to Uninterruptible Power Supplies (UPSs). First, the performance of repetitive controllers is analyzed in terms of requirements and test procedures defined in the IEC 62040-3 standard. From these results the main causes of the reference tracking error are discussed and the impact of correction methodologies applied to repetitive controller transfer function is evaluated. In the context of the resonant-repetitive controllers two topologies are analyzed: the first is composed of a resonant controller tuned to the fundamental frequency of the signal to be followed in parallel with a repetitive controller tuned to the same frequency; the second topology is composed of the same parallel connection between the resonant and the repetitive controllers but a complementary filter is added in series with the repetitive controller aiming to restrict each controller action to different frequency bands. Then a variation of the resonant-repetitive controller with a filter is proposed, in which the filter is used to correct the phase of the repetitive controller loop and consequently increase the magnitude at the frequencies of interest. From this proposed structure, a state space model representing the closed loop system is obtained and the controller design is carried out by the solution of an optimization problem based on LMI (Linear Matrix Inequality) constraints. Simulation results in Matlab/PSIM are presented to demonstrate the improvement on system performance with the proposed controller.

A single-layer neural network-based voltage compensation technique which generates minimum-distortion sinusoidal output voltages from a three-phase PWM inverter used for uninterruptible power supplies (UPS) is described. The proposed compensation technique is implemented in a microprocessor-based controller constructed in the stationary d-q frame where the controller sampling rate is twice the inverter switching frequency. The structure of a feed-forward artificial neural network connects network inputs and outputs through multiple linear or nonlinear neuron models, and processes these input/output data associations in a parallel distributed manner. Network inputs in the form of UPS load voltage commands and load current feedback are propagated forward in the network each controller sampling period generating the inverter output voltage commands, the network outputs, which are converted to three phase inverter switching Signals using the space vector PWM waveform generation process. / Ph. D.