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Pesquisa sem auxílio de agências de fomento A correta caracterização das curvas de carga dos consumidores conectados às redes elétricas, notadamente no segmento de baixa tensão, é de fundamental importância para o planejamento estratégico das distribuidoras de energia elétrica. Adicionalmente, essa caracterização, representada de forma prática através das tipologias de curvas de carga, é utilizada pela ANEEL visando o estabelecimento de métodos regulatórios para a formação de preços aos consumidores, contemplando aspectos como qualidade do fornecimento, assim como a determinação dos coeficientes de perdas referentes aos transformadores, circuitos de baixa tensão e ramais de ligação das unidades consumidoras. Nesse contexto, o modelo atual de caracterização da carga para os sistemas de distribuição de energia elétrica considera apenas as potências ativa e reativa na frequência fundamental, sendo que esse processo é realizado através de campanhas de medição, cujas diretrizes são estabelecidas pela ANEEL através do Módulo 2 do PRODIST – Planejamento da Expansão do Sistema de Distribuição. Porém, a consideração de curvas de carga contemplando apenas a frequência fundamental do sistema não reflete o perfil real das cargas elétricas que constituem atualmente os sistemas de distribuição, uma vez que a quase totalidade dessas cargas possuem características de não-linearidade em relação à tensão imposta, resultando na injeção de correntes harmônicas nas redes elétricas. Diante desse contexto, o objetivo deste trabalho é identificar as componentes harmônicas presentes nas cargas residenciais e definir a curva de carga típica, em termos de amplitude e ângulo de fase, das diferentes componentes harmônicas de corrente injetadas pelas unidades consumidoras residenciais. Para o atingimento desse objetivo, foi realizada uma campanha de medidas que contemplou os parâmetros referentes à corrente harmônica em uma grande empresa de distribuição de energia elétrica. Assim, de posse dos registros de medição (memórias de massa) associados a quase quinhentas unidades consumidoras residenciais, cada qual monitorada através de medidores digitais, por um período mínimo de sete dias consecutivos, realizou-se o tratamento dos dados disponíveis e, posteriormente, a aplicação da técnica de agrupamento de clusters, denominada k-means, visando a caracterização das curvas típicas das cargas harmônicas residenciais. Os resultados obtidos possibilitaram a caracterização temporal do sentido e da intensidade do fluxo harmônico nos ramais de ligação de consumidores de baixa tensão residenciais devidamente estratificados em diferentes classes de consumo, contribuindo, consequentemente, para um novo modelo de caracterização da carga, segundo o qual é identificada a tendência de um maior volume de injeção de componentes harmônicas na rede de distribuição por consumidores com maior poder aquisitivo. Por fim, com base nessa caracterização, foram calculadas as perdas técnicas de um determinado alimentador de distribuição em média tensão considerando-se dois cenários distintos: (i) consideração apenas das tipologias de carga na frequência fundamental e (ii) consideração das tipologias de cargas nas frequências fundamental e harmônicas. Os resultados obtidos evidenciaram a importância da tipologia de cargas harmônicas no âmbito dos sistemas de distribuição de energia elétrica. The correct characterization of the load curves of consumers connected to electric grid, especially in the low voltage segment, is of fundamental importance for the strategic planning of electric energy distributors. Additionally, this characterization, represented in a practical way through the typologies of load curves, is used by ANEEL aiming at the establishment of regulatory methods for the formation of prices to consumers, contemplating aspects such as quality of supply, as well as the determination of loss coefficients referring to transformers, low voltage circuits and connection branches of consumer units. In this context, the current load characterization model for electric energy distribution systems considers only active and reactive powers at the fundamental frequency, and this process is carried out through measurement campaigns, whose guidelines are established by ANEEL through the Module 2 of PRODIST – Distribution System Expansion Planning. However, the consideration of load curves contemplating only the fundamental frequency of the system does not reflect the real profile of the electrical loads that currently constitute the distribution systems, since almost all these loads have non-linear characteristics in relation to the imposed voltage, resulting in the injection of harmonic currents in the electrical grids. Given this context, the objective of this work is to identify the harmonic components present in residential loads and define the typical load curve, in terms of amplitude and phase angle, of the different harmonic components of current injected by residential consumer units. In order to achieve this objective, a measurement campaign was carried out that contemplated the parameters referring to the harmonic current in a large electric energy distribution company. Thus, with the measurement records (mass memories) associated with almost five hundred residential consumer units, each monitored through digital meters, for a minimum period of seven consecutive days, the available data was processed and, subsequently, the application of the cluster grouping technique, called k-means, aiming at the characterization of typical curves of residential harmonic loads. The results obtained allowed the temporal characterization of the direction and intensity of the harmonic flow in the connection branches of low voltage residential consumers properly stratified in different consumption classes, contributing, consequently, to a new model of load characterization, where a trend of greater injection of harmonic components into the distribution network by consumers with greater purchasing power. Finally, based on this characterization, the technical losses of a given medium voltage distribution feeder were calculated considering two different scenarios: (i) consideration only of load typologies at fundamental frequency and (ii) consideration of load typologies at fundamental and harmonic frequencies. The obtained results evidenced the importance of the typology of harmonic loads in the scope of the electric energy distribution systems. Dissertação (Mestrado)

Tese (doutorado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2021. Nas análises das distorções harmônicas causadas por fontes renováveis de energia, modelos computacionais são frequentemente empregados para a reprodução de impactos que emergem da interação entre a operação do conversor, as distorções pré-existentes na rede e a impedância harmônica do sistema. De acordo com a literatura atinente, poucos modelos individuais simplificados desenvolvidos no domínio do tempo são capazes de ao mesmo tempo i) estimar com precisão as distorções harmônicas e ii) reduzir o tempo de simulação demandado por modelos detalhados. Além disso, é possível observar na literatura uma lacuna no tocante a modelos equivalentes capazes de representar o comportamento harmônico de múltiplos inversores em usinas renováveis de grande porte. Nesse contexto, este trabalho apresenta uma proposta de modelo average harmônico (HM – do inglês harmonic average model) para a reprodução de unidades inversoras, e uma proposta de modelo harmônico agregado (AHM – do inglês aggregated harmonic model) para a estimação de correntes harmônicas geradas por múltiplos inversores em plantas eólicas e fotovoltaicas. No processo de concepção do HM, o princípio da superposição é aplicado em um modelo médio para a inclusão dos efeitos do tempo morto e do chaveamento dos conversores. No processo de montagem do AHM, emprega-se o HM para a representação da usina por meio de um único gerador e, em seguida, aplica-se o método de agregação de circuitos coletores desenvolvido pelo National Renewable Energy Laboratory (NREL). Da análise dos resultados das simulações computacionais executadas, é possível constatar que as formas de onda e os espectros harmônicos produzidos pelo HM e pelo AHM são aderentes àqueles proporcionados por modelos detalhados e medições reais. Cabe ressaltar que os métodos propostos são modelos genéricos rápidos e relativamente simples de serem implementados. Com isso, conclui-se que estes modelos podem ser empregados por operadores de sistemas elétricos para estimar as correntes harmônicas produzidas por inversores e, paralelamente, para analisar os impactos das fontes renováveis na qualidade e estabilidade da energia elétrica. In the analyses of harmonic distortions caused by renewable energy sources, computational models are required to reproduce the impacts that emerge from the interaction between the converter operation, background distortions, and harmonic grid impedance. According to the literature, few simplified time-domain individual models can simultaneously i) estimate harmonic currents and ii) reduce the computation time demanded by detailed models. Further, it is possible to observe a gap in the literature regarding equivalent models used to represent the harmonic behavior of multiple inverters in large-scale power plants. This work proposes a harmonic average model (HM) to represent individual inverters and an aggregated harmonic model (AHM) to estimate the harmonic currents generated by multiple converters in wind power plants and photovoltaic systems. For the HM, we apply the superposition principle in an average model to include dead time and switching effects. For the AHM, we use the HM to reproduce the entire plant as a single-machine topology and employ the National Renewable Energy Laboratory (NREL) method for equivalencing the collector system. Based on the simulation results, we verify that the waveforms and harmonic spectra produced by the HM and AHM are in accordance to those generated by detailed models and real-world measurements. It is worth mentioning that the proposed method provides generic models that are fast and relatively simple to deploy. These results show that the HM and AHM are suitable to predict harmonic currents of inverters. Further, these models investigate the impacts of renewable energy sources on power quality and system stability.

Este trabalho estuda as características não lineares dos transistores nanofios empilhados, implementados em tecnologia SOI (silicon-on-insulator), operando como amplificadores operacionais de um único transistor. São estudadas as influências da largura do nanofio, do comprimento de canal e do nível de inversão em que os nanofios são polarizados. A não linearidade é especialmente relevante para as aplicações analógicas, cujos sinais de saída podem sofrer distorções em decorrência do desempenho do componente, comprometendo a transmissão e/ou amplificação dos sinais. Após realizar uma análise evolutiva das tecnologias, o trabalho demonstra que a arquitetura do dispositivo estudado está composta em dois níveis, sendo um transistor de porta tripla (trigate) e um transistor de porta circundante (gate-allaround). A revisão bibliográfica aborda alguns dos parâmetros elétricos de maior importância no estudo dos transistores, conceituando-os fisicamente e expondo suas equações características. A primeira etapa do trabalho ainda apresenta algumas das propriedades analógicas investigadas previamente, tais como a tensão de limiar, corrente de dreno, efeito de corpo, inclinação de sublimiar e a transcondutância, indicando a superioridade dos nanofios empilhados em relação ao SOI de porta única em alguns aspectos, sobretudo na capacidade de fornecimento de corrente de dreno, o que está alinhado com o aumento da possibilidade de integração da tecnologia tão almejada pelo setor mercadológico. O trabalho se dedica a apresentar a distorção harmônica e seus efeitos em circuitos e sistemas elétricos, indicando que o fenômeno possui grande importância em áreas diversas, sendo influente tanto em um único amplificador como em instalações elétricas e equipamentos indústriais mais complexos. Para obter este parâmetro no objeto de interesse, foi utilizado o método da função integral (IFM), que permite adquirir os dados apenas com a curva da corrente de dreno em função da tensão de porta (IDS x VGS) extraída experimentalmente, eliminando-se a necessidade de medições de corrente alternada (AC), que podem trazer ruídos mais difíceis de serem dissociados do sinal real dada a magnitude da corrente do dispositivo nanométrico. Os resultados demonstram que a distorção harmônica dos nanofios empilhados é majoritariamente relacionada ao harmônico de segunda ordem (HD2), cujo valor se distancia em 30 dB do terceiro harmônico. Os dados apresentados indicam que os nanofios com maiores WFIN possuem maior não linearidade e menor ganho de tensão em malha aberta: em relação ao conjunto de transistores com comprimento fixo L = 100 nm, a maior distorção harmônica se deu para o componente com largura WFIN = 40 nm, que apresentou distorção harmônica total THD ˜ -19 dB e ganho em malha aberta Av ˜ 38 dB para maiores valores de gm/IDS, operando em inversão moderada. Já para os transistores nanofios com largura fixa de WFIN = 10 nm, foi possível observar que a maior não linearidade ocorre em transistores com maiores comprimentos: para os nanofios empilhados de L = 400 nm, obteve-se THD ˜ -19 dB em maiores valores de gm/IDS. A relação obtida entre as dimensões físicas dos transistores e a distorção harmônica são justificadas através das equações matemáticas apresentadas, sendo que a correlação entre os maiores resultados de THD para os nanofios com maiores WFIN também é explicada a partir da maior variação de dgm/dVGT, em acordo com resultados da literatura observados para nanofios com um único nível. Ao fim do trabalho, novas análises são realizadas para um novo conjunto de dados, formados por nanofios com múltiplos fins. As maiores magnitudes de corrente de dreno permitiram evidenciar os resultados e confirmar, com maior grau de confiabilidade, a relação entre as não-linearidades e as características dimensionais dos nanofios, uma vez que os dados trazem uma média de resultados de diversos dispositivos operando em paralelo. This work studies the nonlinear characteristics of stacked nanowire transistors, implemented in SOI (silicon-on-insulator) technology, operating as operational amplifiers of a single transistor. The influence of the nanowire width, channel length and inversion level at which the nanowires are biased are studied. The effect is especially relevant for analog applications, whose output signals may suffer distortions due to the component's performance, compromising the transmission and/or amplification of the signals. After conducting an analysis of the technology’s evolution, the research shows that the studied device's architecture is composed of two levels, being a trigate transistor and a GAA (gate-all-around). The literature review addresses some of the most important electrical parameters in the study of transistors, conceptualizing them physically and exposing their characteristic equations. The first stage of the work still presents some of the analog properties previously investigated, such as threshold voltage, drain current, body effect, sub-threshold slope and transconductance, indicating the superiority of the stacked nanowires in relation to the single-gate SOI in some aspects, especially in the capacity to supply drain current, which tends to increase the technology integration, desired by the market. The work is dedicated to presenting harmonic distortion and its effects on electrical circuits and systems, indicating that the phenomenon has great importance in several areas, being influential both in a single amplifier and in more complex electrical installations and industrial equipment. In order to obtain this parameter in the object of interest, the integral function method (IFM) was used, which allows data to be acquired only with drain current versus gate voltage curve (IDS x VGS), eliminating the need for alternate current (AC) measurements, which can bring more difficult noise to be dissociated from the actual signal given the magnitude of the current of the nanometric device. The results demonstrate that the harmonic distortion of the stacked nanowires is mainly related to the second order harmonic (HD2), whose value is 30 dB above from the third harmonic. The presented data indicate that the nanowires with higher WFIN had major non-linearity and lower open loop voltage gain: in relation to the set of transistors with fixed length L = 100 nm, the greatest harmonic distortion occurred for the component with WFIN = 40 nm, which presented total harmonic distortion THD ˜ -19 dB and open loop voltage gain Av ˜ 38 dB for higher gm/IDS values, operating in moderate inversion. For the nanowire transistors with fixed width of WFIN = 10 nm, it was possible to observe that the major non-linearity occurs in transistors with greater lengths: for stacked nanowires of L = 400 nm, THD ˜ -19 dB was obtained on higher gm/IDS values. The relation obtained between the physical dimensions of the nanowires transistors and the harmonic distortion are justified through the presented equations, being the correlation between the highest THD results for nanowires with higher WFIN also explained by the greater variation of dgm/dVGT, in accordance with literature results observed for single-level nanowires. At the end of the work, new analyzes are carried out for a new set of data formed by nanowires with multiple fins. The higher magnitudes of drain current allowed to evidence the results and confirm, with more reliability, the relationship between non-linearities and the dimensional characteristics of the nanowires, since the data represents an average of results from several devices operating in parallel.

Agência 1 Fontes de alimentação para dispositivos eletrônicos são cada vez mais um segmento significativo da carga total em redes de energia, as quais muitas podem impactar na qualidade da energia elétrica, assim como podem sofrer com os distúrbios presentes na mesma. Desta forma, muitos padrões e recomendações foram e estão sendo desenvolvidos para melhorar a compatibilidade entre redes elétricas e dispositivos eletrônicos, incluindo padrões que definem limites para distorção e afundamentos de tensão. Neste viés, este trabalho apresenta algumas normas e recomendações pertinentes a distorções harmônicas, assim como recomendações para testes de imunidade de equipamentos submetidos a afundamentos de tensão. Diante disto, foram realizados testes experimentais em um ambiente controlado de laboratório com fontes de computadores, onde os parâmetros básicos foram registrados para permitir uma análise detalhada da condição de alimentação sob diferentes excitações de tensão. Portanto, em uma primeira etapa foi verificado a compatibilidade e imunidade destes objetos de testes frente a altos níveis de harmônicos de tensão e posteriormente, este fenômeno associado a afundamentos de tensão de até 50% da tensão nominal. Com base na temperatura, tensão de saída (CC), corrente consumida e do funcionamento das fontes de alimentação, este trabalho demonstra que estes dispositivos podem tolerar distorções harmônicas de tensão muito maiores do que os limites típicos recomendados (até 10 vezes mais). Também foi verificado que as fontes de alimentação com controle de fator de potência (PFC) toleram níveis ainda mais altos de distorção de tensão, além de apresentarem melhor desempenho e consumirem menor corrente harmônica do que os designs de fonte de alimentação tradicionais. Os resultados mostram que diferentes formas de onda podem afetar o desempenho da carga, principalmente quando ocorrem concomitantemente a afundamentos de tensão, todavia nenhum dano foi observado para este caso. A partir deste trabalho é factível pensar que as regulamentações, principalmente as que tangem as distorções harmônicas, necessitem de estudos e atualizações mais frequentes, haja vista a existência de diversos modelos de equipamentos, além da melhoria no design dos mesmos. Também fica evidente a necessidade de mais investigação com diferentes tipos e topologias de fontes de alimentação para uma avaliação abrangente de seu desempenho, além de avaliar a compatibilidade junto às normas e recomendações, tendo em vista que os atuais limites para distorções harmônicas podem ser considerados bastante severos quanto aos objetos avaliados. Power supplies for electronic devices are increasingly a significant segment of total load in power systems, many of which can impact on the power quality, as well as can suffer from the disturbances present in it. Thus, many standards and recommendations been and are being developed to improve the compatibility between power systems and electronic devices, including standards that define limits for harmonic distortions and voltage sags. In this bias, this work shows some standards and recommendations pertinent of harmonic distortion, as well standards for immunity tests of devices submitted to voltage sags. In face this, experimental tests were realized with computers power supplies in controlled environment laboratory, where the basic parameters were recorded to permit detailed analysis of the power condition under different voltage excitations. Thus, in first step was checked the compatibility and immunity this equipment under test up high levels of voltage harmonic and posteriorly, this phenomena associated to voltage sag up 50% of the nominal voltage. Based on temperature, output voltage (DC), consumption current and function of power supplies, this work proves that this device can supported harmonic voltage distortion much larger than commons limits recommended (up 10 times more). Beside was certificated that the power supplies with power factor corrector (PFC) supported much more high voltage distortion levels, besides to have better performance and consumption less harmonic current than traditional design of power supplies. The results show that different waveform can affect the performance of load, principally when occur concomitantly the voltage sags, however any failure was observed for this case. From this work is feasible to think that the regulations, principally those concern the harmonic distortion, need more frequently studies and updates, considering the existence of many models of devices, in addition the better design in it. Also stay clear the necessity more investigation with different kinds and topology of power supplies for the comprehensive evaluation their performance, besides to evaluate the compatibility with the standards and recommendations, considering that the present harmonic distortion limits can be considerate much severe as to the evaluated objects.

Submitted by Katia Abreu (katia.abreu@unioeste.br) on 2022-05-04T13:11:19Z No. of bitstreams: 2 Poliana_Rockenbach_Mendes_2022.pdf: 2940134 bytes, checksum: 3e3102314891cf3f58cf8d7411a63993 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Made available in DSpace on 2022-05-04T13:11:19Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Poliana_Rockenbach_Mendes_2022.pdf: 2940134 bytes, checksum: 3e3102314891cf3f58cf8d7411a63993 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2021-02-21 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES The automation of industrial processes brings with it the appearance of harmonic distortion in the electrical system, since such automation is obtained through the use of semiconductor devices, resulting in insertion of non-linear loads in the electrical power distribution system. This distortion can cause energy losses destined for the Brazilian Interconnected System (SIN), due to the abundant presence of harmonic distortion in the auxiliary services of a power plant, which impacts the company's earnings and profits. In general, harmonic distortions should be mitigated only when they exceed standardized limits, and the ideal time to analyze mitigation strategies is during the design of new facilities or the purchase of new equipment that will be inserted into the system. Currently, there are several harmonic mitigation solutions, but they cannot be used in a generalized way, which brings the need for a specific study for each case. Among the most used options to mitigate harmonics is the insertion of power filters in the power system, whose main objective is to reduce the amplitude of currents of one or more harmonic frequencies. This paper presents the design, modeling and simulation of four tuned passive shunt power filters and one active shunt power filter. The simulation of the insertion of these filters in the common connection point of the electrostatic precipitator of auxiliary services in a Thermal Power Plant, is done in the ATP Draw® software, for the passive filters and in MATLAB® for the active filter. It was chosen to implement the single-tuned band-pass filters in parallel for the three highest harmonics found in the system (orders 2, 4 and 8), in order to analyze the performance of the topology regarding the mitigation of these distortions. For the active filter, the VSI inverter topology with three legs was chosen, using the dq theory to obtain the reference currents. The benefit of using a passive filter to mitigate order 2 and 4 harmonics in this system is evident, taking into account that the complexity and cost of the project are low, however, the active filter topology is considered as the best result for the correction of current harmonic distortions in this point, the active filter topology was chosen as the best result for distortion correction. current harmonics at this point, as it causes less energy impact on the system. A automatização dos processos industriais traz consigo o aparecimento da distorção harmônica no sistema elétrico, uma vez que essa automatização é obtida por meio do uso de dispositivos semicondutores, o que resulta na inserção de cargas não lineares no sistema de distribuição de energia elétrica. Essa distorção pode causar perdas de energia destinadas ao Sistema Interligado Brasileiro (SIN), devido à grande presença de distorção harmônica nos serviços auxiliares de uma usina geradora, impactando assim, no ganho e lucro da empresa. Em geral, as distorções harmônicas devem ser mitigadas somente quando ultrapassam os limites normatizados e o momento ideal para analisar estratégias de mitigação é durante o projeto de novas instalações ou na compra de novos equipamentos que serão inseridos no sistema. Existem várias soluções de mitigação, entretanto nem todas são adequadas para um determinado problema, o que traz a necessidade de um estudo específico para cada caso. Entre as opções mais comuns para mitigar harmônicas, está a inserção de filtros de potência no sistema, cujo principal objetivo é reduzir a amplitude de correntes de uma ou mais frequências harmônicas. Este trabalho apresenta o dimensionamento, modelagem e simulação de quatro filtros de potência passivo shunt sintonizados e um filtro de potência ativo shunt. A simulação da inserção destes filtros no ponto de conexão comum do precipitador eletrostático de uma Usina Termelétrica (UTE), é feita no software ATP Draw®, para os filtros passivos e no MATLAB® para o filtro ativo. Para os filtros passivos, escolheu-se implementar os filtros passa-banda de sintonia simples em paralelo para as três maiores harmônicas encontradas no sistema (ordens 2, 4 e 8), a fim de analisar o desempenho da topologia quanto à mitigação destas distorções. Para o filtro ativo escolheu-se a topologia de inversor VSI com três pernas, utilizando a teoria dq para obtenção das correntes de referência. Fica evidente o benefício do uso do filtro passivo para mitigar as harmônicas de ordem 2 e 4 nesse sistema, levando em consideração que a complexidade e custo de projeto são baixos, entretanto escolheu-se a topologia de filtro ativo como melhor resultado para correção de distorções harmônicas de corrente neste ponto, visto que causa menor impacto energético no sistema.

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia Atualmente, o mundo enfrenta uma crise ambiental, sendo a descarbonização um dos objetivos mais urgentes. A substituição dos veículos de combustão interna pelos elétricos é uma das soluções para este problema, reduzindo, assim, a emissão dos gases com efeito de estufa durante a sua utilização. Nos últimos anos tem-se registado um grande investimento nos veículos elétricos (VEs) e na sua investigação, tanto por parte de empresas e universidades, como por governos. Cada vez existem mais VEs a serem fabricados e a circularem nas estradas por todo o mundo, logo, o número de postos de carregamento das respetivas baterias também está a aumentar. No entanto, o sistema de carregamento das baterias dos VEs provoca algumas repercussões no sistema elétrico de energia, nomeadamente a diminuição do fator de potência e a geração de harmónicos. Esta dissertação tem como objetivo o controlo do fator de potência em sistemas de carregamento de veículos elétricos e a redução da distorção harmónica que os retificadores provocam. Com base na investigação realizada e na simulação de vários tipos de retificadores, são descritas as problemáticas do carregamento destas baterias, assim como as várias soluções existentes. Nos seguintes capítulos serão analisados diversos tipos de retificadores, métodos de controlo e modulação, com vista à implementação de um sistema com uma reduzida poluição harmónica, cujas potências - ativa e reativa - podem ser controladas consoante as necessidades da rede elétrica e da própria bateria. Desenvolveu-se um algoritmo baseado no controlo preditivo, de modo a controlar a corrente de entrada e a tensão da saída do sistema. The world is currently facing an environmental crisis. One of the world’s most urgent objectives to face is decarbonization. One of the solutions to solve this problem is the replacement of internal combustion vehicles with electric vehicles (EVs), thereby reducing the emissions of greenhouse gases into the atmosphere during their use. A considerable investment in EVs and their research, both by companies and universities, and also by governments, has taken place in recent years. More and more EVs are being manufactured and are circulating on the roads all over the world. Consequently, the number of battery charging stations is also increasing. However, the charging system of the EV batteries has some repercussions on the electric power system, namely the reduction of the power factor and the generation of harmonics. This dissertation aims to control the power factor in EV charging systems and the reduction of harmonic distortion originated by the rectifiers. Based on the research performed and the simulation of various types of rectifiers, the consequences of charging these batteries are analyzed, as well as the various existing solutions. The following chapters analyze the various types of rectifiers and control and modulation methods to implement a system with reduced harmonic pollution, and that controls the active and reactive powers, according to the needs of the electrical network and the battery itself. An algorithm based on predictive control was developed to control the input current and the output voltage of the system. FCT

O objetivo desse artigo é mostrar, de forma prática, o desenvolvimento de cálculos relacionados às perdas elétricas em transformadores devido à circulação de correntes distorcidas, fazendo o uso da plataforma LabVIEW. Para tanto, são comparados resultados de 2 transformadores a seco (5kVA e 10kVA) e 1 transformador a óleo (10kVA), alimentados com carga linear e carga não-linear. As análises são realizadas a partir das formulações especificadas na norma IEEE C57.110–2008, a qual permite a obtenção do valor da corrente máxima suportada pelo transformador, sem que sua vida útil seja afetada. Em seguida é realizada uma avaliação do acréscimo de perdas elétricas nos transformadores, através da análise do acréscimo de perdas obtido experimentalmente, para a mesma condição de distorção harmônica, através da medição de uma grandeza física real e responsável direta pela vida útil do próprio transformador: a temperatura.

Este trabalho visa analisar a própria produção de electricidade de um sistema fotovoltaico ligado à rede (GCPS) instalado na Universidade Federal de Goiás (UFG). O GCPS foi instalado durante o projecto P&DI foi executado entre a UFG e a ENEL-GO. O projecto incluiu a instalação de 120 contadores de energia eléctrica e um sistema completo de monitorização para várias grandezas eléctricas. A análise da geração contemplada neste artigo aborda aspectos tais como: perfil de tensão, potência e perfil energético gerado, análise de distorção harmónica de tensão e corrente, retorno do investimento e poupança de emissões de CO2. Este último aspecto é muito importante para o ambiente. No final, foram tiradas conclusões relativamente a estas análises. Este estudo é necessário, uma vez que o bom funcionamento do inversor e dos módulos fotovoltaicos está relacionado com o produto de energia eléctrica. Assim, a análise é fundamental para determinar se as condições operacionais e os projectos são adequados, bem como o retorno do investimento.

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)

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Este trabalho consiste em um projeto de eletrônica de potência que visa, ao final do mesmo, a implementação de um Cicloconversor híbrido de seis pulsos com entradas trifásicas e saída monofásica. A metodologia proposta baseia-se na associação em cascata do Cicloconversor com um conversor CC-CC de elevada dinâmica, sendo o mesmo projetado para processar a mínima quantidade de energia possível, almejando apenas mitigar o conteúdo harmônico da tensão de saída. Para ilustrar a técnica desenvolvida, serão apresentadas as simulações, que comprovaram a funcionalidade da aplicação, evidenciando, o estágio de potência dos dois conversores e as técnicas de controle digital e analógica utilizadas para o correto funcionamento do Cicloconversor e conversor compensador, respectivamente. Este trabalho apresenta ainda detalhes do protótipo construído em laboratório visando confirmar a operação do circuito idealizado. Por fim, resultados experimentais em diversos modos de operação estão presentes. This work consists of a power electronics project that aims to implement a hybrid six pulses Cycloconverter with three phase input and single-phase output. The proposed methodology is based on the series association of Cycloconverter with a DC-DC high dynamics converter. This DC-DC converter is designed to process the minimum amount of energy possible, aiming to mitigate harmonic distortion of the output voltage. To illustrate the developed technique, the simulations will be presented. They confirmed the application's functionality and show the power stage of the two converters as well as digital and analog control techniques used for the correct operation of the Cycloconverter and compensator converter, respectively. This work also presents details of the prototype built in the laboratory aiming confirm the operation of the idealized circuit. Finally, experimental results in different operation modes are present. Dissertação (Mestrado)

Este trabalho aplica distorções harmônicas e desequilíbrios na tensão de alimentação do motor de indução trifásico afim de analisar o comportamento das tensões e correntes diante de tais cenários, e calcula potências, distorções, fatores de potências para tais simulações no motor a vazio. Esta análise é importante visto que os motores consomem grande parte da energia elétrica gerada e esses são diretamente afetados pela má qualidade da energia. Apresenta-se as definições de desequilíbrios e distorções harmônicas, além dos aspectos normativos que regulamentam os limites aceitáveis para esses distúrbios na rede elétrica. Na sequência demonstra-se o modelo equivalente modificado do MIT diante das situações analisadas e também cita-se os efeitos que este sofre, tais como: aumento de temperatura, diminuição do rendimento e redução de vida útil. Posteriormente analisa-se alguns estudos de cálculo de potências diante de desequilíbrios e distorções harmônicas. Além disso, tem-se a correção dos parâmetros do modelo equivalente do MIT. Por fim, tem-se o detalhamento dos elementos utilizados na bancada de aquisição de dados e os resultados obtidos para cada um dos ensaios. This work applies harmonic distortions and voltage unbalances at the supply voltage of threephase induction motor in order to analyze the behavior of voltages and currents under such scenarios and calculates power, distortions and power factors for these simulations on the motor free of load. This analysis is important because the motors consume a large part of the electric energy generated and these are directly affected by the poor quality of energy. Definitions of voltage unbalances and harmonic distortions are presented, besides to the normative aspects that regulate the acceptable limits for these disturbances on the power grid. In the sequence, the modified equivalent model of three-phase induction motor is presented and the effects that it suffers are mentioned, such as increase in temperature, decrease in performance and reduction of life cycle. Then, some power calculation studies are analyzed under unbalances and harmonic distortions. Besides that, the motor equivalent model parameters are corrected. Finally, details are given of the elements used on the data acquisition bench and the results obtained for each of the tests. Dissertação (Mestrado)

Este trabalho apresenta a comparação entre simulação e testes experimentais com o intuito de validar as interações elétricas da repotencialização utilizando operação paralela de gerador síncrono com gerador de indução. São utilizados modelos de regressão paramétrica e de otimização para encontrar os parâmetros construtivos das máquinas. Os dois geradores são conectados ao barramento comum em regime permanente, sujeitos a cargas não lineares. Os resultados obtidos da comparação da modelagem e dos testes em bancada apresentaram que, o gerador de indução além de incrementar a potência ativa, apresenta melhor caminho para as correntes harmônicas que fluem no barramento comum. Conclui-se que a regressão paramétrica tem as vantagens de não necessitar conhecer os parâmetros fornecido pelos fabricantes das máquinas e não necessita realizar ensaios destrutivo e que o gerador de indução repotencializa e atenua componentes harmônicos de corrente presentes no ponto de conexão, melhorando o perfil de tensão da rede de distribuição. This work presents the comparison between simulation and experimental tests of the repowering system to validate the electrical interactions between an induction generator and a synchronous generator. Parametric regression and optimization models are used to find the constructive parameters of the machines. Two generators are connected to a common bus in steady state, subject to non-linear loads. The results comparing modeling and experimental tests show that the induction generator besides the active power increasing, has a better way for harmonic currents flowing in common bus. It is concluded that the parametric regression has the advantages of not needing to know the parameters provided by the machine's manufacturers and does not need to perform destructive tests and that the induction generator repowering and attenuates current harmonic components present at the connection point, improving the network voltage profile. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior A crescente expansão na utilização de fontes distribuídas para a geração de energia elétrica trouxe consigo o aumento do uso de conversores estáticos de potência conectados direta-mente à rede de distribuição elétrica. Ainda que a emissão harmônica individual de cada conversor esteja dentro dos limites recomendados por normas e padrões nacionais e internacionais, a instala-ção de diversos equipamentos deste tipo em um mesmo ponto de conexão com o sistema elétrico, especialmente se associada à uma rede fraca, pode ocasionar níveis de distorção de tensão excessi-vos, que podem exceder limites estabelecidos em norma, provocar mau funcionamento de sistemas de controle e excitar ressonâncias, as quais podem não ser mitigadas pelas estratégias de amorteci-mento previstas pelos fabricantes. Tendo em vista este cenário fica estabelecido o interesse em se desenvolver converso-res estáticos de potência que empreguem técnicas de modulação e outras estratégias que, ao invés de reduzir as componentes harmônicas normalmente presentes nas correntes habitualmente injeta-das pelos equipamentos, busquem eliminá-las ou não permitir sua ocorrência no processo de gera-ção de energia, ou seja, equipamentos que se comportem essencialmente como fontes de corrente senoidais, preferencialmente sem o uso de filtros passivos. As capacitâncias típicas destes filtros, projetadas com o intuito de se limitar a potência reativa drenada da rede, têm o efeito indesejado de reduzir as frequências de ocorrência de ressonâncias série. O objetivo deste trabalho é estabelecer o conversor de fator de potência verdadeira-mente unitário como uma vantajosa topologia de sistema de condicionamento de potência para ge-ração de energia eólica, capaz de atender aos requisitos de qualidade de energia e simultaneamente modificar as características de ressonância em parques de maneira favorável. The growing expansion in the use of distributed sources for the generation of electric-ity brought the increased use of power static converters connected directly to the electrical distri-bution network. While the individual harmonic emission of each converter may be within the lim-its recommended by national and international standards, the installation of several equipment of this type in a single point of connection to the electrical system, especially if associated with a weak grid, may cause excessive distortion levels, which may exceed regulation limits, cause mal-function of control systems and excite resonances, which may not be mitigated by damping strat-egies provided by the manufacturers. Given this scenario is established interest in developing static power converters em-ploying modulation techniques and other strategies that, instead of reducing the harmonic current components normally injected by the equipment, seek to eliminate them or not allow their occur-rence in the power generation process, that is, equipment that essentially behaves as sinusoidal current sources, preferably without the use of passive filters. The typical filter capacitances, de-signed to limit the reactive power drained from the network, have the undesired effect of reducing the frequencies of occurrence of series resonances. The goal of this work is to establish the true unit power factor converter as an advan-tageous topology of power conditioning system for wind power generation, capable of meeting power quality requirements and simultaneously modifying the resonance characteristics in farms in a favorable way.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:17:15Z No. of bitstreams: 1 Dayane Mendonca Lessa_BDTD.pdf: 3771695 bytes, checksum: b5bdb72cc03be416f70b375099856827 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T19:17:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dayane Mendonca Lessa_BDTD.pdf: 3771695 bytes, checksum: b5bdb72cc03be416f70b375099856827 (MD5) Previous issue date: 2019-02-25 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Phase-Locked Loop (PLL) synchronization circuits have contributed for the improvement to modern power grids in most of their aspects, such as chain generation, identification and characterization of contents related to power quality, fault location, among others. Particularly, when PLL is used in single-phase circuits, there is an inhe-rent presence of the second harmonic component from the fundamental frequency of the grid voltage. This feature compromises the PLL performance and, therefore, several solutions to minimize this problem has been proposed. The alternatives presented so far are the proposal of new control loops including auxiliary signals to eliminate this oscillating component when the PLL is in the steady state condition, as long as the input signal is not distorted. These PLLs are known as the OSG-PLL (Orthogonal Signal Generator - Phase Locked Loop). However, single-phase OSG-PLLs do not present fast dynamic response without compromising the quality of the signal generated. Thus, in this work we explore the combination of OSG-PLLs with digital tuned filters. The objective is to identify arrangements that present a faster dynamic response, without compromising the quality (harmonic distortion) of the generated signal. These conditions are presented in detail in this dissertation. Simulation and experimental results of different OSG-PLL, together with digital tuned filters, were explored. Furthermore, there is also a comparison of their performances involving time-response due to a transient event and the harmonic distortion of the output signals when those PLLs are in steady-stade condition. Circuitos de sincronismo do tipo PLL (Phase-Locked Loop) têm contribuído para modernizar redes elétricas em diferentes segmentos, como geração distribuída, identificação e caracterização de fenômenos relacionados a qualidade de energia, localização de falhas, entre outros. Particularmente, quando o PLL é utilizado em circuitos monofásicos, há a presença inerente do sinal oscilante em duas vezes a frequência fundamental da tensão da rede. Tal fato faz com que a dinâmica dos PLLs monofásicos fique comprometida, razão esta para a busca de alternativas que minimizem este problema. As alternativas apresentadas até o momento consistem em propostas de novas malhas de controle incluindo sinais auxiliares que acabam por eliminar essa componente oscilante quando o PLL está na condição de regime permanente e, desde que o sinal de entrada não esteja distorcido. Estes PLLs são conhecidos como OSG-PLL (Orthogonal Signal Generator - Phase-Locked Loop). No entanto, os OSG-PLLs monofásicos não são capazes de apresentar ráapida resposta dinâmica sem comprometer a qualidade do sinal gerado. Desta forma, neste trabalho é explorada a combinação dos OSG-PLLs com filtros digitais sintonizados. O objetivo consiste na identificação de arranjos que apresentem rápida resposta dinâmica, sem comprometer a qualidade do sinal gerado. Estas condições são apresentadas em detalhe neste trabalho. Resultados de simulação e experimentais são apresentados para análise do desempenho dos arranjos para os circuitos de sincronismo explorados.

Este trabalho apresenta um estudo sobre controladores múltiplo-ressonantes de ganho finito aplicados a fontes ininterruptas de energia (Uninterruptible Power Supplies - UPSs). Primeiramente, as normas que parametrizam esses sistemas e o dimensionamento das cargas de referência utilizadas nos ensaios são analisados. Em especial, será estudado o sinal de corrente característico da carga não-linear de referência, composta por um circuito retificador e um filtro capacitivo, quando alimentada por uma tensão senoidal livre de distúrbios. A expressão analítica da corrente drenada por essas cargas é calculada a fim de determinar a distorção harmônica individual de cada componente harmônica de corrente, através da série exponencial de Fourier. Então, é possível determinar o limite mínimo de atenuação das harmônicas de corrente com base na norma IEC 62040-3 para uma classe de UPSs de diferentes potências. Esse limite possui relação com o valor dos coeficientes de amortecimento presentes na formulação dos controladores múltiplo-ressonantes de ganho finito. Após definição desses parâmetros, a sintonia do controlador é realizada com base numa abordagem por alocação de polos para projetar os ganhos de realimentação usando a equação diofantina. Um conjunto de equações são derivadas comparando o polinômio característico e o polinômio característico desejado do sistema em malha fechada, permitindo projetar diretamente os controladores de forma simples e sistemática. Os coeficientes do primeiro são dependentes dos parâmetros do inversor a ser controlado, dos coeficientes de amortecimento e dos ganhos de realimentação de uma determinada UPS. Os coeficientes do segundo são determinados a priori através de restrições na forma de Desigualdades Matriciais Lineares (Linear Matrix Inequalities - LMIs) para uma UPS de referência. Os limites estabelecidos e a estratégia de sintonia proposta foram validados por meio de resultados de simulação e experimentais em UPSs de 0;8 kVA e 3;5 kVA. This work presents a study about finite-gain multiple-resonant controller applied to Uninterruptible Power Supplies (UPSs). The objective is derive an analytical model of the current signal characteristic of a nonlinear reference load and calculate the harmonic components through the Exponential Fourier Series. Then, this model is used to determine the closed-loop attenuation limit of each harmonic based on the limits imposed by the IEC 60240-3 standard. These limits are used to define the damping coefficient values for each resonant controller modes. Controller tuning is performed based on a pole placement approach to design the feedback gains using the Diophantine equation. A set of equations are derived by comparing the characteristic polynomial and the desired characteristic polynomial of the closed-loop system, allowing the controller to be designed in a simple and systematic way. The coefficients of the first polynomial are dependent on inverter parameters to be controlled, damping coefficients and feedback gains of a specific UPS. The coefficients of the second polynomial are determined a priori by solving an optimization problem under Linear Matrix Inequalities (LMIs) constraints for a reference UPS. The limits established and the proposed tuning strategy are validated through simulation and experimental results obtained with a UPS of 0;8 kVA and 3;5 kVA.

Estima-se um crescimento significativo na integração de fontes alternativas de energia e no aumento de cargas não lineares nas redes de distribuição de baixa tensão como, por exemplo, a geração fotovoltaica e a instalação de carregadores de veículos elétricos. Tais equipamentos necessitam de conversores eletrônicos para viabilizar sua conexão na rede e causam, portanto, distorção harmônica. Este trabalho propõe analisar a distorção harmônica causada por esses elementos por meio de simulações diárias, utilizando o OpenDSS, considerando cenários nos quais os equipamentos operam em condições distintas. É implementada uma metodologia de simulações que calcula os índices de distorção harmônica ao longo das 24h do dia para identificar os intervalos que apresentam variação e o que a motiva. De forma complementar, são calculados os índices regulamentados pelo PRODIST, que define os limites que não podem ser ultrapassados em mais de 5% das medições em uma semana. Constata-se que um alto nível de penetração de sistemas fotovoltaicos e carregadores de veículos elétricos causaria problemas de subtensão atingindo valores na faixa de tensão precária antes de serem verificados altos níveis de distorção harmônica. O deslocamento da recarga de veículos elétricos do horário de ponta para um período com menor carga apresenta melhoras tanto na tensão como nos índices de distorção. Nos cenários simulados não foram verificadas elevações alarmantes de distorção harmônica; portanto, esse indicador não seria um fator limitante na instalação dos equipamentos. Verifica-se, também, que a distorção harmônica depende fortemente dos ângulos de fase das componentes harmônicas individuais, pois isso define como os diferentes equipamentos irão interagir e isso pode aumentar ou reduzir a distorção total de tensão. Significant growth is expected for the integration of alternative sources of energy and nonlinear loads in low voltage distribution networks, e.g. photovoltaic generation and the installation of electric vehicle chargers. Such equipment requires electronic converters to enable their connection to the network, thus cause harmonic distortion. This paper proposes to analyse the harmonic distortion caused by these elements through daily simulations, using OpenDSS, in scenarios with the equipment operating under different conditions. A simulation methodology is implemented for calculating the harmonic distortion indices over 24h periods to identify daily time intervals that present variation and what is it driven by. In addition, the indices regulated by PRODIST are calculated. PRODIST defines the limits that cannot be exceeded in more than 5 % of the measurements made in one week. It is found that a significant insertion of photovoltaic systems and electric vehicle chargers would cause undervoltage problems before high levels of harmonic distortion are reached. Shifting the recharge of electric vehicles from the end of the day to a period with lower demand improves both voltage levels and distortion rates. In simulated scenarios no alarming elevations of harmonic distortion were observed; therefore, this indicator would not be a limiting factor in equipment installation. It is also verified that the harmonic flow strongly depends on the phase angles of the individual harmonic components, showing how the different equipment will interact, eventually increasing or reducing the voltage total harmonic distortion.

Com a necessidade do aumento da geração de energia elétrica devido a estagnação do já presente sistema elétrico, principalmente no Brasil, tem-se estudado a utilização de fontes de energias renováveis a fim de complementar a geração já existente e poder contribuir para diminuir a utilização de fontes que colaboram para emissão de poluentes, como as termoelétricas. Sendo assim, a geração eólica vem tomando grandes proporções tanto em sua utilização quanto em campos de pesquisas, visando uma eficiência maior do aproveitamento da força do vento. Uma máquina que vem contribuindo para a utilização de tal fonte, e que será abordada, é o gerador de indução duplamente alimentado, que, diferente de muitos geradores já existentes, possibilita explorar uma ampla faixa de velocidades da massa de ar, com uma menor caixa de engrenagem e com um sistema que utiliza um conversor estático denominado de back-to-back. Contudo, em tal sistema, há a necessidade de um procedimento de filtragem dos harmônicos gerados, que, se injetados à rede, contribuem para diminuir a qualidade da energia elétrica. Portanto, serão analisados os filtros mais utilizados para contornar este problema, com o objetivo de possibilitar a adequada distribuição da energia proveniente da matriz eólica, para os consumidores.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2018. O uso de cargas monofásicas desequilibradas, o aumento de cargas não lineares e de fontes renováveis no sistema elétrico, dentre outras causas, têm contribuído para o surgimento de fenômenos como o desequilíbrio de tensão e a distorção harmônica nas redes de distribuição. Tais distúrbios causam impactos significativos na operação do motor de indução trifásico (MIT). Dado que essa máquina possui grande representatividade elétrica e econômica nos processos industriais, torna-se relevante o conhecimento do seu comportamento frente à ocorrência dos mencionados desvios de qualidade da energia. Os dispositivos normativos vigentes, nacionais e internacionais, indicam limites individualizados para cada um desses fenômenos. No entanto, verifica-se corriqueiramente a sua ocorrência simultânea nos sistemas elétricos. Considerando os aspectos ora mencionados, este trabalho apresenta os resultados do comportamento da temperatura de operação do motor de indução trifásico submetido a variados níveis de desequilíbrios de tensão e de distorção harmônica, aplicados individualmente e concomitantemente. Inicialmente, a metodologia empregada faz uso de um modelo térmico computacional capaz de identificar a temperatura de operação da máquina sob condições não ideais, com base em dados de entrada de corrente elétrica. Em seguida, são então apresentados resultados para a temperatura de operação sob condições desequilibradas e distorcidas. Com base nos dados obtidos, torna-se possível a verificação da adequabilidade de indicadores e limites normativos existentes relacionados a esses distúrbios. Adicionalmente, é efetuada a análise do desempenho de dois indicadores alternativos utilizados para a representação conjunta dos mencionados fenômenos. The use of unbalanced single-phase loads, the increase of nonlinear loads and renewable sources in the electrical system, among other causes, have contributed to the appearance of phenomena such as voltage unbalance and harmonic distortion in the distribution networks. Such disturbances cause significant impacts on the operation of the three-phase induction motor (MIT). Given that this machine has great electrical and economical representation in the industrial processes, it becomes relevant the knowledge of its behavior against the occurrence of the mentioned Power Quality disturbances. The current regulatory items, national and international, indicate individual limits for each of these phenomena. However, their simultaneous occurrence in electrical systems is usual. Considering the aspects mentioned, this work presents the results of the behavior of the operating temperature of the three-phase induction motor subjected to varying levels of voltage unbalance and harmonic distortion, applied individually and concomitantly. Initially, the methodology employed makes use of a computational thermal model capable of identifying the operating temperature of the machine under non-ideal conditions, based on data of electric current input. Thereafter, results are presented for the operating temperature under unbalanced and distorted conditions. Based on the data obtained, it becomes possible to verify the adequacy of indicators and existing regulatory limits related to these disturbances. In addition, the performance of two alternative indicators used for the joint representation of these phenomena is analyzed.

A temática da qualidade de energia ganha cada vez mais destaque na atualidade. Os processos de uma indústria ou comércio necessitam de padrões mínimos de fornecimento de energia elétrica, caso contrário suas linhas de produções e valiosas cargas podem ser danificadas, causando prejuízos financeiros consideráveis. Até mesmo os consumidores individuais podem ser afetados por distúrbios que afetam a qualidade de energia, pois é cada vez mais comum, a presença de cargas residenciais sensíveis a mudanças de tensão e corrente de alimentação. Dentre esses distúrbios, destaca-se a distorção harmônica nas formas de onda de tensão e corrente da rede elétrica. Ela é causada pela contaminação de harmônicas produzidas por cargas não-lineares conectadas à rede e gera efeitos danosos ao sistema elétrico. No ambiente industrial, a presença de cargas predominantemente indutivas contribui para o aumento da circulação de potência reativa pela rede elétrica, ocasionando super dimensionamento da potência instalada, perdas por efeito Joule e quedas de tensão. Além do mais, o excesso de energia reativa contribui para redução do fator de potência e pode proporcionar perdas financeiras devido às multas referentes ao baixo fator de potência da instalação. Algumas soluções para mitigar os problemas das harmônicas e da energia reativa são tradicionais. Entretanto, o significativo avanço da eletrônica de potência, alavancado pela tecnologia dos dispositivos semicondutores, possibilitou o surgimento de soluções mais econômicas e eficazes. Uma delas é uso de filtros híbridos de potência para compensar as harmônicas de correntes e a energia reativa demandadas pelas cargas. Neste sentido, é feito um estudo acerca do filtro híbrido de potência baseado no inversor seis-chaves e dois braço a fim de realizar a compensação de harmônicas requeridas por cargas não-lineares, balanceadas ou não. Também é observado o potencial deste filtro híbrido para compensar potência reativa, através da injeção controlada de energia reativa. É desenvolvida uma simulação no Matlab/Simulink para comprovar essa dupla funcionalidade e por meio da montagem do protótipo em laboratório são realizadas medições de um sistema real. Nowadays the power quality obtain each time more emphasis. The processes of industry or trade need to minimal standards to supplie power electric, otherwise their production lines and nexpensive loads be able to be broken, consequentely considerable financial losses. Even the individual consumers be able to be afectados per disturbances that damage the power quality, because each time is more usual, the presence sensible residencial loads to changes feeding voltage and current. Among these disturbances, the harmonic distorcion in the voltage and current waves shapes of power network is important. It is caused from pollution of harmonics generated per nonlinear loads conected to network and produce damages efects in the electrical system. In industry enviroment, the presence predominantly of inductive loads makes to increase reactive power circulation through power network, It will have caused excessive sizing of instaled power, losses per Joule efect and voltage drops. Furthermore, the excess of reactive power causes the reduction of the power factor. And this can provide financial losses due to penalties relating low power factor of instalation. Some solutions to mitigate the problems of harmonics and reactive power are tradicionals. However, the significate avance of poer eletronics, leveraged by semiconductor devices tecnology, possibilited new solutions more economics and effectives. One their is the utilization of hybrid power filter to compensate the current harmonics and the reactive power requerid by the loads. In this sense, It is done a research about the hybrid power filter based on a six-switch two-leg inverter with the purpose to realize the harmonics compensation demanded per nonlinear loads, balanced or not. Additionally, It is observed the potential this hybrid power filter to compensate the reactive power, through controlled injection of reactive energy. It is maked a simulation in the Matlab / Simulink program to comprove that duo functionality and in the real system are realized measurements of a prototype in the laboratory.

The growing increase in the participation of renewable energy generation systems in the worldwide energy matrix has led to a discussion in relation to the impact caused by the connection of these systems over the distribution grid. Passive filters, as connection structures between the generation systems and the distribution network, turn out to be fundamentally important in the prevention of disturbances caused by the poor quality of the injected energy. A comparative analysis of the dynamics of these structures in single-phase photovoltaic systems is highlighted in this research, in which the projects, simulations, and the analysis of the simulation results for the topologies L, LC and LCL are explained. In order to validate the obtained simulation results, we present experimental results that corroborate with those of the simulation results. The control system used is made up of a conventional structure, with a proportional-integral and a resonant control, used with the objective of ensuring a power factor close to the unit at the Point of Common Coupling (PCC) in the power grid, for each structure presented. Nenhuma O aumento crescente da participação dos sistemas de geração de energia com fontes renováveis na matriz energética mundial vem motivando a discussão sobre o impacto ocasionado pela conexão desses sistemas com a rede elétrica de distribuição. Os filtros passivos, enquanto estruturas de conexão entre os sistemas de geração e a rede de distribuição, apresentam fundamental importância na prevenção de distúrbios ocasionados pela má qualidade da energia injetada. Uma análise comparativa da dinâmica dessas estruturas em sistemas fotovoltaicos monofásicos é apresentada neste trabalho, no qual são explanados os projetos, as simulações e a análise dos resultados de simulação para as topologias: L, LC e LCL. Com objetivo de validar os resultados de simulação obtidos, são apresentados resultados experimentais que corroboram com os de simulação. O sistema de controle utilizado é composto por uma estrutura convencional, com um proporcional-integral e um controle ressonante, utilizado com o objetivo de garantir um fator de potência próximo à unidade no ponto de acoplamento comum (PAC) à rede elétrica, para cada estrutura apresentada.

Given the current technological growth and the integration of the alternative energy generation, it is observed that the development in the areas of power electronics and control, has been leveraging the electric sector through devices capable of processing high levels of power besides guaranteeing a high level of power quality, with minimum harmonic distortion and high power factor.In this sense,power converters deserveto be highlightedbecause theyare verywidespread in power conversion and conditioning applications, especially multilevel converters because they present attractive performance by processing higher power levels, reducing harmonic content and reducing conduction losses. From this point, the present work aims to present an application that integratesthe photovoltaic generationand the compensation of reactive,adding twosimultaneous functions to the converter. For this, a study of the main topologies of the multilevel converters is carried out, in order to choose the best topology for the application. The methodology adopted for the converter was made based on the mathematical modeling and the representation in coordinates dq0. The application of the referential change from a time-varying three-phase system to abc for continuous dq0 allows simplification of the system for better manipulation of variables, making control simpler to implement. Nenhuma Dado o atual crescimento tecnológico e a integração da geração alternativa de energia, observa-se que o desenvolvimento nas áreas de eletrônica de potência e controle, vem alavancando o setor elétrico por meio de dispositivos capazes de processar elevados níveis de potência além de garantir um alto nível de qualidade de energia, com o mínimo de distorção harmônica e alto fator de potência. Nesse sentido, os conversores de potência merecem destaque por serem bastante difundidos nas aplicações de conversão e condicionamento de energia, especialmente os conversores multiníveis por apresentarem um desempenho atrativo processando maiores níveis de potência, além de reduzir o conteúdo harmônico e reduzir as perdas por condução. Partindo desse ponto, o presente trabalho tem por objetivo apresentar uma aplicação que integra a geração fotovoltaica e a compensação de reativos, agregando duas funções simultâneas ao conversor. Para isso é realizada um estudo das principais topologias dos conversores multiníveis, para posterior escolha da topologia mais adequada para a aplicação. A metodologia adotada para o conversor foi feita com base na modelagem matemática e a representação em coordenadas dq0. A aplicação da mudança de referencial de um sistema trifásico variante no tempo abc para dq0 contínuo, permite a simplificação do sistema para uma melhor manipulação das variáveis, tornando o controle mais simples de ser implementado.

Neste trabalho é apresentado um modelo de otimização que visa determinar o dimensionamento e a localização ótima de filtros de potência ativos em sistema de distribuição, com o intuito de minimizar duas funções objetivos: o somatório das distorções harmônicas de tensão nos nós e o somatório das correntes de injeções dos filtros de potência ativos. A metodologia proposta baseia-se na utilização de um algoritmo heurístico por Colônia de Abelhas Artificiais, sendo o desenvolvimento da rotina realizado no software Matlab®. Para avaliação do desempenho do modelo de otimização é realizado um estudo de caso com o sistema IEEE de 33 nós. Ademais, o método de mitigação da distorção harmônica de tensão através da instalação de filtros ativos é comparado com o método da instalação de filtros passivos sintonizados simples. Verificou-se que a alocação de filtros ativos apresentou um melhor desempenho em comparação com a alocação de filtros passivos ao minimizar as funções objetivo. In this work, an optimization model is presented aiming to determine the optimum location and sizing of Active Power Filters (APFs) in distribution system in order to minimize two objective functions: the Total Harmonic Distortion of Voltage (THDV) and the sum of APF currents. The proposed methodology is based on Artificial Bee Colony (ABC) algorithm, being the routine development performed on Matlab software. To evaluate the performance of the optimization model, a case study with the IEEE 33 nodes system is carried out. In addition, the harmonic distortion mitigation method through the installation of active filters is compared with the method of installing single tuned passive filters. It was found that the allocation of active filters presented a better performance compared to the allocation of passive filters when minimizing the objective functions.

Este trabalho propõe uma metodologia para definição dos locais de instalação de filtros passivos dentro de um sistema de distribuição no intuito de mitigar as distorções harmônicas. A alocação de filtros em um sistema elétrico requer atenção, pois, dependendo da escolha do local para instalação deles, existe a possibilidade de deterioração da Qualidade de Energia Elétrica (QEE) do sistema, que ocorre com o aumento de distorção harmônica em outros pontos devido à modificação do fluxo de corrente no sistema. A presente pesquisa propõe otimizar a instalação dos filtros em Sistemas Elétricos de Potência (SEP), utilizando a mínima quantidade dos mesmos, visando melhorar a QEE de forma sistêmica com o menor custo possível. A abordagem proposta nesta tese traz uma maneira não usual de alocação dos filtros passivos; onde estes são alocados de forma monofásica ao invés de trifásica. Assim, filtros sintonizados podem ser instalados em apenas uma fase em um determinado ramo do sistema. Devido ao comportamento intrínseco em muitos sistemas de distribuição, desequilibrado, optou-se por esta proposta nesta pesquisa. O procedimento realizado é baseado na interação de dois programas: a modelagem e simulação do SEP é feita no Alternative Transient Program (ATP), que simula o fluxo harmônico do sistema, e em conjunto com o Matrix Laboratory (MatLab©), são verificados os índices de QEE referentes a distorções harmônicas e então realizada a otimização de alocação de filtros. A solução é obtida através de um algoritmo de otimização multiobjetivo, o Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGA II), que trabalha com o conceito de dominância. Como típico em problemas com multiobjetivo, os objetivos alvos deste problema são conflitantes, as duas funções objetivo do problema visam: diminuição dos indicadores de distorção harmônica e diminuição do custo dos total dos filtros a serem alocados. A solução traz uma gama de opções dentro de uma Fronteira de Pareto, que são consideradas igualmente boas entre si. Este estudo mostrou que a instalação de filtros monofásicos em sistemas de distribuição com presença de ramos monofásicos ou bifásicos é uma boa forma de mitigação de distorções harmônicas sistêmica quando o sistema é poluído de forma dispersa, conseguindo, ainda, compensar a potência reativa do SEP. Com a inserção dos filtros especificamente em ramos monofásicos ou bifásicos em sistemas elétricos há diminuição no custo total dos filtros alocados para a resolução do problema de distorções harmônicas. This study proposes a methodology for passive filters allocation within an electric distribution system aiming to reduce system harmonic distortion. Allocation of filters in an electrical system requires attention; depending of the choice of filters allocation might harm Power Quality (PQ) increasing harmonic distortion at other nodes due to the modification of the harmonic current flow in the system. Thus, the present research aims to find the optimal filters installation places using the least amount of them, aiming to improve PQ systemically. The approach proposed in this thesis brings an unusual way of allocating passive filters; they are allocated in a single-phase mode instead of three-phase, as is the classic way. So, tuned filters can be installed in one phase only on one branch of the system. Due to the characteristic of the distribution systems, unbalanced loads and lines, it was decided to follow this path in this research, in order to verify the effectiveness. The methodology is based on the interaction of two programs: the modeling and simulation of the electric power system in the Alternative Transient Program (ATP), which simulates the harmonic flow of the system and with the Matrix Laboratory (MatLab©) the PQ indexes for harmonic distortions are verified and then the optimization of filter allocation is carried out. The solution is executed through a multiobjective optimization algorithm, the Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGA II), which uses the dominance concept. As typical in multiobjective problems, the objectives are conflicting, the objective functions for the problem are: minimize the number of node/phases that exceed harmonic distortion limits and minimize the cost of the filters to be allocated. The solution brings a range of options within a Pareto frontier, which are considered equally good with each other. This study showed that the installation of single-phase tuned filters in distribuition systems with the presence of single-phase or two-phase circuits is a good way of mitigating harmonic distortions systemic when the system is polluted by harmonics in dispersed mode, furthermore getting improving the reactive power of the system. With the insertion of the filters specifically in single-phase and two-phase circuits, it will to decrease the investment of the total filters allocated to solve the problem of harmonic distortions.

Distorções harmônicas de tensão e corrente são responsáveis por diversos inconvenientes em instalações elétricas comerciais e industriais, por exemplo, redução da vida útil de componentes e atuação indevida de dispositivos de proteção. As soluções normalmenteaplicadas para supressão harmônica são de alta potência, sendo destinadas a barramentos contendo grandes agrupamentos de carga. Por outro lado, ainda que existam alternativas que possam ser embutidas nas cargas não lineares pelos seus fabricantes, os custos associados e a falta de regulamentação específica são entraves ao emprego destes recursos. Com isso, tornase interessante a consolidação de uma tecnologia intermediária e de baixo custo. Nestetrabalho, é realizado um estudo e proposição de uma metodologia para dimensionamento de um compensador para inserção de impedâncias ativas em sistemas elétricos de baixa tensão. Essa tecnologia consiste na síntese de componentes harmônicas de tensão defasadas de 90ºdas respectivas componentes harmônicas de corrente no ponto de instalação. O estudo contempla critérios de projeto para os elementos básicos do compensador e seu sistema de controle, e o projeto de um protótipo é apresentado com base em um estudo de caso de umainstalação comercial real. Finalmente, a efetividade do compensador no desvio do fluxo de componentes harmônicas de corrente por caminhos indesejados é demonstrada por meio de simulações computacionais de um sistema de testes simplificado. Voltage and current harmonic distortion are responsible for many problems in commercial and industrial electric power facilities, such as lifetime reduction of their components and improper protective device tripping. The solutions normally applied for harmonic suppression have, in general, high power rating and are devoted to buses with a huge group of loads. Even though there are alternatives that can be built inside the nonlinear loads by their manufacturers, the associated costs and the lack of a specific regulation are barriers to the application of this kind of resource. In this scenario, it is interesting the consolidation of an intermediate, low-cost technology. In this work, it is performed a studyand proposition of a design methodology for a compensator that inserts active impedances in low-voltage electric power systems. The active impedance technique consists in the synthesis of harmonic voltage components in quadrature with the respective harmonic currentcomponents measured at the point of compensator deployment. The study includes design criteria for the basic building blocks of the compensator and its control system, and the design of a prototype is presented based on a case study of a real commercial facility. As afinal point, the compensator effectiveness in harmonic flow deviation from undesired paths is demonstrated by means of computational simulation results of a simplified test setup

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

TCC(graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina. Campus Araranguá. Curso de Engenharia de Energia. O aumento da demanda de energia evidencia a necessidade cada vez mais presente na busca por novas fontes energéticas, sobretudo fontes renováveis e com menor impacto ambiental. A energia solar fotovoltaica, técnica confiável e com uma fonte abundante, ganha papel de destaque nas novas fontes de energia. Porém, a conexão de vários microgeradores à rede pode ocasionar distúrbios na mesma. Este trabalho analisa a qualidade da energia elétrica, no que se refere à distorção harmônica de corrente, gerada por um sistema fotovoltaico conectado à rede elétrica de baixa tensão, localizado na cidade de Criciúma, SC. Foram realizadas medições durante um período de 14 dias, com o auxílio de um analisador da qualidade de energia. Mostrou-se que, em baixas potências de geração, o conteúdo de distorção harmônica é alto. Porém, em potências próximas a potência nominaldo inversor, os valores de distorção harmônica encontram-se dentro do estabelecido em norma.

Dissertação de Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores Desde o início da produção elétrica em grande escala que o assunto Qualidade da Energia Elétrica tem sido objecto de grande interesse. Contudo, um combinado de factores contemporâneos, têm-no tornado um assunto de extrema relevância. A crescente preocupação com um consumo eficiente da energia e a crescente popularização de dispositivos eletrónicos de potência a nível do transporte, distribuição e utilização são exemplos desses factores. Com a presença de correntes de carga não sinusoidais oriundas dos dispositivos eletrónicos de potência, resultam distorções harmónicas de tensão que, por sua vez, levam a perdas na rede e degradam a qualidade da energia elétrica. A qualidade da energia elétrica é também degradada aquando a existência de desequilíbrios nas amplitudes das tensões, ou quando surgem cavas, elevações ou interrupções de tensão. Este trabalho tem como objectivo o estudo da qualidade de energia da energia de uma rede real de média e baixa tensão. Para tal, procedeu-se à modelização da rede no programa ATP-EMTP (Alternative Transients Program). É feita uma comparação do comportamento da rede com e sem cargas não lineares e são elaborados dois estudos para melhorar a qualidade da energia. Toda a análise é baseada nos resultados obtidos por simulação uma vez que não foi possível o acesso a medições alusivas ao comportamento da rede. Energy quality has always been a matter of great interest since the beginning of large scale electric energy production. Nowadays, a combination of factors has made energy quality a major concern. The increasing worry about energy efficiency and the increasing use of power electronic devices in transport and distribution are some examples of those factors. Non sinusoidal currents deriving from the use of nonlinear electronic devices lead to harmonic voltage distortion that causes network energy losses and electric energy quality degradation. Energy quality can also be affected by current interruption, voltage unbalance, dips and elevations. The main objective of this work is to study the energy quality in a real network, featuring high and medium voltage. To accomplish this objective a model of the network has been created using the software ATP-EMTP (Alternative Transients Program). A comparison between the network behavior with and without nonlinear charges has been performed and two different studies were conducted looking for the energy quality improvement. All analysis showed in this work are based on simulation results only. Real network data collection was not possible to perform.

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-08-27T19:35:43Z No. of bitstreams: 1 AYSLAN CAISSON NORÕES MAIA – TESE (PPGEEI) 2016.pdf: 13981392 bytes, checksum: 9ea0aa715fdf8400283e71381b49a21b (MD5) Made available in DSpace on 2018-08-27T19:35:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AYSLAN CAISSON NORÕES MAIA – TESE (PPGEEI) 2016.pdf: 13981392 bytes, checksum: 9ea0aa715fdf8400283e71381b49a21b (MD5) Previous issue date: 2016-02-22 Nesse trabalho são apresentadas contribuições na área de identificação de sistemas representados em espaço de estados. É proposta uma metodologia completa para estimação de modelos que representem as principais dinâmicas de proessos industriais. O fluxo natural dos procedimentos de identificação consiste da coleta experimental dos dados, seguido pela esolha dos modelos candidatos e da utilização de um critério de ajuste que selecione o melhor modelo possível. Nesse sentido é proposta uma metodologia para estimativa de modelos em espaço de estados, utilizando excitações pulsadas. A abordagem desenvolvida combina algoritmos precisos e eficientes com experimentos rápidos, adequados a ambientes industriais. O projeto das excitações é realizado em tempo real, por meio de informações coletadas em um curto experimento inicial, baseado em uma única oscilação de uma estrutura realimentada por um relé. Esse mecanismo possibilita uma estimativa preliminar do atraso e da constante de tempo dominante do sistema. O método de identificação proposto é baseado na teoria de realizações de Kalman. É apresentada uma reformulação do problema de realizações clássico, para comportar sinais de entrada pulsados. Essa abordagem se mostra computacionalmente e cliente, assim como apresentar resultados semelhantes aos métodos de benchmark. A técnica possibilita também a estimativa de atrasos de transporte e a inserção de conhecimentos prévios por meio de um problema de otimização com restrições via LMI Linear Matrix Inequalities. Em muitos casos, somente as caraterísticas principais dos sistema são relevantes em um projeto de sistema de controle. Portanto é proposta uma técnica para obtenção de modelos de primeira ordem com atraso, a partir da redução de modelos balanceados em espaço de estados. Por fim, todas as contribuições discutidas nesse trabalho de teses não validadas em uma série de plantas experimentais em salas de laboratório. Plantas essas, projetadas e construídas com o intuito de emular o cotidiano operacional de instalações industriais reais. Static converters are a widely used equipment in power systems to control the electrical energy low between sources and loads. In this context, it is observed a demand for converters topologies that generate high quality waveforms and are capable of supplying loads with ever larger powers. In high power applications such as industrial and power systems, the development of a special class of converters topologies, denominated multilevel converters, has been widely recognized as a viable solution to overcome the operational limits of semiconductor devices. In this work are developed and analyzed multilevel structures of type DC-AC applied to the six-phase machines drives and of type AC-DC-AC feeding singlephase and three-phase loads. These topologies are obtained by interconnecting two-level converters modules in order to optimize the system: reduction of losses in the semiconductor devices, harmonic distortion of the signals and ratings of voltage and/or current in the power switches. For this investigation were performed steady state analyzes, where the operatinglimits of the structures to the imposed control conditions and the behavior of the fundamental component of voltage and current are evaluated. In addition, for each investigated topology, were developed: dynamic models, PWM techniques, control strategies, simulation results and experimental results. The impact of this optimization is quanti ed by calculating the THD and WTHD of the current and voltage signals generated by the converter and by estimating losses in the semiconductor devices. Finally, a comparative study is done using conventional converters as reference in order to evaluate the performance of the proposed topologies

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2016. Convencionalmente, a estimação do conteúdo harmônico e inter-harmônico dos sinais de tensão e corrente, é baseada no uso da Transformada Discreta de Fourier (ou DFT, do inglês Discrete Fourier Transform). Entretanto, o aumento da participação da geração eólica na matriz energética mundial justifica a execução de estudos que avaliem a adequação dos atuais procedimentos de medição das emissões dos mencionados fenômenos. As recomendações tradicionais são baseadas nos padrões IEC 61000-4-7 e IEC 61000-4-30, que, dentre outros aspectos, estabelece que o processamento dos sinais se dê por meio do emprego da DFT com uma janela de tempo retangular de 12 ciclos de 60 Hz e com um período de medição de pelo menos 7 dias. Porém, em sistemas eólicos, é esperada a ocorrência de harmônicas e de inter-harmônicas com variação temporal, o que pode tornar a estimação das componentes espectrais via DFT imprecisa e/ou o período de monitoração de 7 dias inapropriado. Posto isso, este trabalho visa apresentar uma metodologia de análise voltada para a identificação do tamanho da janela de tempo e do período de medição mínimo para o monitoramento das emissões harmônicas e inter-harmônicas no contexto da geração eólica. Para tal, realiza-se uma avaliação comparativa entre uma metodologia de medição oriunda da combinação do Método de Prony com o Filtro de Kalman e uma segunda fundamentada na DFT. Em seguida, utilizando-se ferramentas estatísticas, propõe-se um período mínimo de medição das distorções. A aplicação desta metodologia em sinais reais de tensão oriundos de uma usina eólica evidencia a necessidade de um intervalo de monitoramento mínimo de 3 dias e o uso de uma janela de tempo retangular de 15 ciclos de 60 Hz. Conventionally, the estimation of harmonic and inter-harmonic contents of voltage and current signals is based on the use of the Discrete Fourier Transform (DFT). However, the increase of the participation of wind power generation in the global energy matrix justifies the carrying out of studies which evaluate the adequacy of the current procedures for measuring emissions of the mentioned phenomena. The traditional recommendations are based on the IEC 61000-4-7 and IEC 61000-4-30 standards, which, among other aspects, establishes that the processing of the signals is given through the use of the DFT with a 60 Hz rectangular time window of 12 cycles and a measuring period of at least 7 days. However, in wind power systems, the occurrence of harmonic and inter-harmonic with time variation, which can render the estimation of the spectral components by the DFT inaccurate and/or the monitoring period of 7 days inappropriate is expected. With that said, this study aims to present a methodology focused on identifying the size of the time window and of the minimum measurement period for monitoring the harmonic and inter-harmonic emissions in the context of wind power generation. For such, a comparative evaluation between a measurement methodology derived from the combination of the Prony method with the Kalman filter and a second based on the DFT is carried out. Then, using statistical tools, a minimum period for measuring distortions is proposed. The application of this methodology in real voltage signals originating from a wind power plant shows the need for a minimum measurement interval of 3 days and the use of a 60 Hz rectangular time window of 15 cycles.

Tese de mestrado integrado, Engenharia da Energia e do Ambiente, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2016 Submitted by Teresa Boa (tdboa@fc.ul.pt) on 2016-12-06T11:17:23Z No. of bitstreams: 1 ulfc120598_tm_Tobias_Conde.pdf: 3284675 bytes, checksum: 7e3d4bd147230e95af68e0e919005dcc (MD5) Made available in DSpace on 2016-12-06T11:17:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ulfc120598_tm_Tobias_Conde.pdf: 3284675 bytes, checksum: 7e3d4bd147230e95af68e0e919005dcc (MD5) Previous issue date: 2016

Este trabalho apresenta metodologia para análise e otimização de geometrias de enrolamentos de estator de máquinas CA, baseada no estudo da distorção harmônica associada à curva de força magnetomotriz no entreferro. Para tal, opta-se p elo estudo dos enrolamentos trifásicos de dupla camada integrais e fracionários. Primeiramente é realizado o estudo da força magnetomotriz dos enrolamentos convencionais, confrontando a análise harmônica através da distorção e espectro de Fourier com a metodologia tradicional de cálculo dos fatores de enrolamento. Definido o método, propõe-se a otimização do arranjo de enrolamentos de estator utilizando algoritmos genéticos, com o objetivo de sugerir geometrias alternativas otimizadas. Os resultados obtidos são apresentados e discutidos. This work presents an analysis and optimization metho dology for the AC machines stator windings design, based on magnetomotive force harmonic distortion study. For that, the three-phase double layer integral and fractional-slot windings are chosen. At first, magnetomotive force in conventional windings study is p erformed, comparing harmonic analysis by distortion and Fourier sp ectrum with the traditional calculation metho dology of winding factors. In relation to the metho d, the stator windings arrangement optimization using genetic algorithms is prop osed, in order to suggest alternative optimized layouts. The results are presented and discussed. Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás - FAPEG

This work presents the analysis and experimental development of a topological structure of hybrid rectifier able to maintain a regulated output DC link for the occurrence of balanced and unbalanced voltage sags in the AC mains supply. Moreover, under normal conditions of the supply voltage, the structure operates draining currents with low harmonic content and high power factor. It is noteworthy that these operational characteristics are achieved with the switched converters that comprises the structure processing only a portion of total power output, making the most efficient and robust set. The new topology is denominated Three Phase Hybrid Rectifier with Series Compensation DC Bus and has as main characteristic an innovative voltage regulation technique based on insertion of a DC-DC converter with output capacitor connected in series with the capacitor available in the DC bus of the main converter. This additional converter is responsible for regulating the DC link voltage according to a specific reference value, operating only in the voltage sag condition and processing only a portion of the total output power drained by the load in this operating condition. To analyze the behavior of the proposed topology has been implemented in a computer model PSIM® platform, it was possible to verify the efficiency of the control strategy for sinusoidal current imposition based on the real-time calculation of DHTI during normal conditions of supply voltage. In addition, It was evaluated the behavior of the structure regulating the DC link voltage on the occurrence of voltage sags. In order to corroborate the exposed theory a 5 kW prototype was constructed and evaluated in the laboratory. This was tested in the regular voltage supply condition and during the occurrence of sag conditions types A, B, C, D, E, F and G. It was observed that in normal conditions the proposed solution is effective in mitigating harmonic content of the AC input current. During the occurrence of voltage sags the output DC link was set at the preset value in the control strategy. In both cases the switched converters processed only a fraction of the total power output, which makes the structure very attractive for applications with high power levels. Este trabalho apresenta a análise e desenvolvimento experimental de uma estrutura topológica de retificador híbrido capaz de regular o barramento CC de saída frente a ocorrência de afundamentos de tensão equilibrados e desequilibrados na rede CA de alimentação. Além disso, em condições normais da tensão de alimentação, a estrutura opera drenando da rede correntes com reduzido conteúdo harmônico e elevado fator de potência. Destaca-se que estas características operacionais são alcançadas com os conversores chaveados que compõe a estrutura processando apenas uma parcela da potência total de saída, tornando o conjunto mais eficiente e robusto. A nova topologia é denominada Retificador Híbrido Trifásico com Compensação Série no Barramento CC e possui como principal característica uma inovadora técnica de regulação de tensão baseada na inserção de um conversor CC-CC cujo capacitor de saída é conectado em série com o capacitor do barramento CC disponibilizado pelo conversor principal. Este conversor adicional é responsável por regular a tensão do barramento CC de acordo com um valor específico de referência, operando somente na condição de afundamento de tensão e processando apenas uma parcela da potência total de saída drenada pela carga nesta condição de operação. Para analisar o comportamento da topologia proposta foi implementado um modelo computacional na plataforma PSIM®, em que foi possível verificar a eficiência da estratégia de controle para imposição de corrente senoidal baseado no cálculo em tempo real da DHTI durante as condições normais da tensão de alimentação. Além disso, avaliou-se o comportamento da estrutura regulando a tensão do barramento CC diante da ocorrência de afundamentos de tensão na alimentação. Com o intuito de corroborar com a teoria exposta um protótipo de 5 kW foi construído e avaliado em laboratório. Este foi ensaiado operando em condições normais da tensão de alimentação e diante da ocorrência de afundamento dos tipos A, B, C, D, E, F e G. Foi verificado que em condições normais a solução proposta é eficaz ao mitigar do conteúdo harmônico da corrente CA de entrada. Durante a ocorrência de afundamentos de tensão o barramento CC de saída foi regulado no valor pré-estabelecido na estratégia de controle. Em ambas situações os conversores chaveados processaram apenas uma parcela da potência total de saída, o que torna a estrutura bastante atrativa para aplicações com elevados níveis de potência. Doutor em Ciências

Submitted by Manuel Brandão (recipp@sc.ipp.pt) on 2016-04-05T09:43:30Z No. of bitstreams: 1 DM_JorgeBandeira_2015_MES.pdf: 1440006 bytes, checksum: 9c14db4deced4cb5068a1a2e3f3a2c66 (MD5) Approved for entry into archive by Ana Rebelo (amsr@isep.ipp.pt) on 2016-04-12T11:47:47Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DM_JorgeBandeira_2015_MES.pdf: 1440006 bytes, checksum: 9c14db4deced4cb5068a1a2e3f3a2c66 (MD5) Made available in DSpace on 2016-04-12T11:47:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DM_JorgeBandeira_2015_MES.pdf: 1440006 bytes, checksum: 9c14db4deced4cb5068a1a2e3f3a2c66 (MD5) Previous issue date: 2015-11

A tese incide sobre a modelação e simulação de um sistema de conversão de energia eólica offshore com ligação à rede elétrica por transmissão de energia elétrica estudada quer em corrente alternada quer em corrente contínua, no contexto atual de reestruturação do setor elétrico, e integrando a dinâmica relevante. Além da transmissão de energia elétrica, o sistema é constituído por uma plataforma flutuante semissubmersível; uma turbina eólica de velocidade variável; um sistema de transmissão de energia mecânica cuja dinâmica é descrita respetivamente por uma, duas, três ou cinco massas girantes; um gerador síncrono com excitação assegurada por meio de ímanes permanentes; um conversor eletrónico de energia, descrito respetivamente por um conversor de dois níveis ou por um conversor multinível na configuração de díodos de ligação múltipla de três, de quatro, de cinco ou de p níveis. O controlo do sistema utiliza o modo de deslizamento associado com a modulação PWM por vetores espaciais e controladores PI, ditos de clássicos, ou controladores PI de ordem fracionária. Os comportamentos que advêm do facto da energia eólica ser uma fonte de energia variável, com intermitência, assim como, os de eventuais falhas de funcionamento dos dispositivos que controlam o sistema são estudados na tese, recorrendo a simulações computacionais. As contribuições fundamentais envolvem a modelação do conversor de p níveis, as correntes nos bancos de condensadores associadas aos níveis de tensão e a estratégia de controlo do conversor multinível para a selecção do vetor de tensão. As simulações computacionais permitem concluir sobre o desempenho favorável do sistema e simultaneamente fornecem informação quantificada sobre o comportamento das grandezas mecânicas e elétricas, permitindo quer em fase de projeto, quer em fase de utilização o estudo de comportamentos que necessitam de serem corrigidos devido a serem potencialmente indesejáveis; Offshore Wind Energy Conversion System Connected to the Electric Grid: Modeling and Simulation Abstract: The thesis focuses on the modeling and simulation of offshore wind energy conversion systems connected to the electric grid either by an alternated current link or by a direct current link in a view of timeliness developments on electricity sector restructuring and integrating the relevant dynamics. Besides the electricity transmission, the system consists of a semi-submersible floating platform; a variable speed wind turbine; a mechanical transmission system described respectively by one, two, three, or five masses; a synchronous generator with excitation provided by means of permanent magnets; an electronic power converter, respectively described by a two-level converter or by a multi-level converter in a multiple point clamped topology of three, four, five, or p levels. The control of the system uses PWM by space vector modulation associated with sliding mode and classic PI or fractional order PIcontrollers. The behaviors due to fact that wind energy is a variable, intermittently, source of energy, as well as, due to eventual malfunctions of devices controlling the systems are studied in the thesis, using computer simulations. The fundamental contributions involve the modeling of the p levels converter, the capacitor banks current associated with the voltage level, the control strategy of the multilevel converter for the voltage vector selection. The computer simulations allow to conclude on the favourable performance of the system and simultaneously allow data on mechanical and electric quantities, allowing either in design phase or in usage phase the study of behaviors that need to be corrected because of the potentially undesirability.

O uso dos conversores de frequência no acionamento dos motores de indução das bombas centrífugas permite controlar a vazão de descarga proporcionada pelos sistemas de bombeamento através da rotação da bomba. O método de controle da vazão através da rotação da bomba, em termos de eficiência energética é muito mais eficaz nas reduções do consumo de energia elétrica ativa e da demanda de potência do que o método de controle feito através da regulagem na abertura da válvula ou registro. Porém, o uso do conversor de frequência gera harmônicos de corrente, ao quais podem distorcer a forma de onda senoidal da tensão da rede de fornecimento de energia elétrica. Dentro deste contexto, este artigo visa mostrar vantagens na redução da vazão em sistemas de bombeamento com o uso dos conversores de frequência, mas principalmente mostrar que é preciso atenção especial aos harmônicos gerados com a utilização destes equipamentos.

Mestrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações Este trabalho consiste na elaboração de um protótipo de um analisador de energia elétrica para montagem em quadro elétrico. Este analisador tem como objetivo permitir verificar se a qualidade da energia elétrica fornecida cumpre com os parâmetros mínimos definidos na norma europeia EN50160. Por ano estima-se que são enormes os prejuízos devido à fraca qualidade da energia elétrica [1]. Nas indústrias pode ocorrer defeitos de fabrico de produtos levando à não utilização e comercialização dos mesmos tendo estes de serem descartados. Deste modo, a constante monitorização da energia tanto para efeitos de melhoramento da rede elétrica ou para possíveis reclamações dos consumidores por violações das cláusulas de contrato é indispensável. Um outro fator que torna importante o uso destes analisadores é o facto de permitirem a monitorização dos custos associados à energia elétrica. Apesar dos analisadores de energia se encontrarem maioritariamente em unidades fabris, começa-se a observar um crescimento em redes domésticas com o objetivo de reduzirem custos. Nesta dissertação são apresentados conceitos teóricos indispensáveis à realização de todo o projeto. Aborda-se aspetos de aquisição de sinais, acondicionamento destes, assemblagem e prototipagem de hardware e toda a programação essencial para o correto funcionamento de um protótipo. This thesis has as objective the elaboration of a prototype of a power analyzer to be inserted into an electrical cabinet. The goal of the analyzer is to make sure that the delivered energy does meet the minimum defined in the European norm EN50160. Per year it is estimated that the economic losses are huge due to poor power quality [1]. At the industries can occur manufacturing defects leading to products that cannot be commercialized and need to be wasted. Thus, the constant monitoring of energy both for the purposes of improving the power grid or avoiding possible consumer complaints about violations of the terms of contract is essential. Another advantage of the use of these analyzers is that they allow the monitoring of the cost of electricity. Although the energy analyzers are mainly used in industry, they begin to show a growth in home networks in order to reduce costs. In this thesis are also presented the theoretical concepts indispensable to the realization of the entire project. It deals with aspects of signal acquisition, signal conditioning, hardware assembly and prototyping and all the essential programming for the correct building of a prototype.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico This work presents an approach about the behavior of Adjustable Speed Drives (ASDs) during voltage sags and shows a novel structure, named Hybrid Three Phase Rectifier (HTR) connected with Boost Converter, capable of providing an increase of ride-through voltage sags up to 50 % of the ac power supply voltage reduction. This equipment is also able to provide high power factor with low current harmonic distortion. In order to analyze the behavior of the proposed HTR, it was developed a computational model on PSIM® platform, being possible to observe this structure under various types of sags, before. A complete discussion about the power contribution of each rectifier group and its impact over the averall efficiency of the rectifier is presented. In addition, the design procedure of the voltage and current controllers are also presented. In order to achieve this goal, the state-space average technique was used. Corroborating with the exposed theory, a 5 kW prototype was built and analyzed at the laboratory. This was subjected to voltage sags of types A, B and E. The analysis under condition of sags of types C, D, F, and G were performed only by computational simulation due to laboratorial limitations. In all studied cases, it was proved that the proposed solution is effective and can be very attractive for high power applications when compared to other solutions reported in the specialized literature. Este trabalho realiza uma abordagem sobre o comportamento dos dispositivos de Acionamento com Velocidade Variável (AVV) diante de afundamentos de tensão e apresenta uma nova estrutura, denominada Retificador Hibrido Trifásico (RHT) com conversor Boost conectado, capaz de proporcionar suportabilidade a afundamentos de até 50% de redução da tensão ca de alimentação. Tal equipamento ainda é capaz de obter alto fator de potência com reduzida taxa de distorção harmônica de corrente. Para analisar o comportamento do RHT proposto, foi implementado um modelo computacional na plataforma PSIM®, em que foi possível observar o comportamento do retificador sob os diversos tipos de afundamento. Uma discussão completa acerca da contribuição de potência dos grupos retificadores e seu impacto na eficiência global do retificador é apresentanda. Adicionalmente, os procedimentos de projeto dos controladores de tensão e corrente dos conversores chaveados também são apresentados. Para tanto, utilizou-se a técnica de espaço de estado médio. Com o intuito de corroborar com a teoria exposta, um protótipo de 5 kW foi construído e avaliado em laboratório. Este foi submetido à afundamentos dos tipos A, B e E. As análises para os demais tipos de afundamentos temporários de tensão, isto é, afundamentos do tipo C, D, F e G foram feitas somente através de simulações computacionais devido a limitações do arranjo laboratorial disponível. Em todos os casos estudados, foi comprovado que a solução proposta é eficaz e pode ser bastante atrativa para aplicações em elevadas potências, quando comparada com outras soluções reportadas na literatura técnica especializada. Doutor em Ciências

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior In order to reduce switching losses and electromagnetic interference (EMI), as well as to attend harmonic standards, such as the IEC61000-3-2, in switch-mode power supplies, this work presents a high power factor Boost rectifier with a turn-on turn-off zero-current switching (ZCS) cell. The proposed converter incorporates the most desirable properties of conventional PWM and soft-switching resonant techniques through the substitution of the typical PWM cell found in classics power converter structures by the presented ZCS cell. A ZCS operation of all active switches is achieved without additional current and voltage stress on the switches. The input current shaping is achieved with average current control, performing the power factor correction with low total harmonic distortion (THD) of current. This work presents the principle of operation, theoretical analysis, a design example, simulation and experimental results obtained from a 450 W laboratory prototype, in order to corroborate with the theoretical analysis. Com o intuito de reduzir as perdas por chaveamento, interferência eletromagnética (EMI) e atender às normas regulamentadoras de emissões de harmônicas como a IEC61000-3-2 nas fontes chaveadas, este trabalho apresenta um retificador Boost monofásico com alto fator de potência e comutação ZCS das chaves. O conversor proposto incorpora as melhores vantagens das técnicas tradicionais PWM e de chaveamento suave através da substituição da célula PWM encontrada nas topologias clássicas de conversores de potência, pela célula On-Off ZCS apresentada neste trabalho. É alcançado um chaveamento com corrente nula (ZCS) em todas as chaves sem esforços adicionais de corrente e tensão nas mesmas. A forma da onda senoidal da corrente de entrada é obtida através da estratégia de controle de corrente média, realizando a correção do fator de potência do conversor com baixa taxa de distorção harmônica total de corrente. Neste trabalho, são apresentados os princípios de operação do conversor proposto, análise qualitativa e quantitativa, procedimentos de projeto e resultados de simulação e experimentais obtidos de um protótipo de 450W, corroborando com a análise teórica. Mestre em Ciências

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior A distorção harmônica, dentre outras formas de poluição na rede de sistemas de energia, é um importante problema para as concessionárias. De fato, o aumento do uso de dispositivos não-lineares na indústria resultou em um aumento direto da distorção harmônica nos sistemas elétricos de potência nos últimos anos. Com isso, a modelagem destas cargas e suas interações se tornaram de grande importância, e portanto, o uso de novas técnicas computacionais passou a ser de grande interesse para este fim. Neste contexto, este trabalho descreve uma metodologia baseada em técnicas de Inteligência Computacional (Redes Neurais Artificiais (RNA)s e Lógica Fuzzy (LF)), proposta para modelagem de cargas não-lineares presentes em sistemas elétricos de potência, bem como a estimação de sua parcela na distorção harmônica do sistema. A principal vantagem deste método é que apenas as formas de onda de tensão e corrente no ponto de acoplamento comum precisam ser medidas, além disso esta técnica pode ser aplicada na modelagem de cargas monofásicas bem como cargas trifásicas. The harmonic distortin, among other forms of pollution to the electric power systems is an important issue for electric utilities. In fact, the increased use of nonlinear devices in industry has resulted in direct increase of harmonic distortion in industrial power grids in recent years. Thus, the modeling of these loads and the understanding of their interactions with the system have became of great importance, then the use of computational-based techniques has emerged as a suitable tool to deal with these requirements. In this context, this work describes a methodology based on Computational Intelligence (Artificial Neural Networks (ANN)s and Fuzzy Logic (FL)) for modeling nonlinear loads present in electric power systems, as well as the estimation of their contribution in the harmonic distortion. The main advantage of this technique is that only the waveforms of voltages and currents at the point of common coupling must be measured and it can be applied to model single and three phase loads.

A instalação de capacitores visando à correção do fator de potência e aproliferação de cargas não lineares no sistema aumentam significativamente a possibilidade de sobrecarga em equipamentos elétricos devido ao excesso de distorção harmônica. Este trabalho apresenta um estudo de caso em que a inclusão de cargas não lineares aliada à existêcia de frequências de ressonância em ordens indesejáveis e baixa potência de curto-circuito da instalação elétrica tem como consequência a queima de bancos de capacitores de polipropileno metalizado (PPM) conectados a duas barras de uma indústria de pequeno porte. A partir das análises das características dos dispositivos e de medições nas barras, as causas das queimas precoces dos capacitores PPM são identificadas. Visando mitigar tal problema, soluções são analisadas e a instalação de um filtro sintonizado na barra com maior injeção de corrente harmônica a alternativa que apresenta o melhor custo-benefício. Com o objetivo de prevenir a queima dos componentes do filtro, as tecnologias e as características do capacitor e do reator são discutidas e especificadas. Finalmente, estuda-se a influência da potência de curto circuito e da relação X/R da impedância da rede de alimentação nas distorções harmônicas e na variação da impedância das barras em análise. Busca-se com este trabalho auxiliar na conscientização de projetistas, para o problema da instalação de capacitores de potência em redes poluídas por harmônicos e com baixa potência de curto-circuito. The power factor correction by means of capacitors and the proliferation of nonlinear loads in the electrical system strongly increases the probability of equipment overload due to excessive harmonic distortion. This work presents a case study in which the inclusion of non-linear loads, undesirable resonance frequencies and the plant low power short-circuit have as consequence the failure of metallized polypropylene (PPM) capacitors connected to two different bus bars in the electric system of a small mining plant. From the analysis of the device characteristics and electric measurements on the bus bars, the premature PPM capacitors failures are identified. To mitigate this problem, solutions are analyzed and the installation of a tuned filter in the bar with the highest harmonic current injection is the alternative that offers the best cost benefit ratio. Aiming to prevent the filter components failure, technologies and characteristics of the capacitor and reactor are discussed and specified. Finally, the influence of the shortcircuit and X/R ratio of the supply network impedance on the harmonic distortion andimpedance variation of the bus bars are discussed. The aim of this work is to be a reference for electrical system designers who deals with power factor correction with capacitors installation in harmonic polluted and low power short-circuit plants.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Soothing Equipment of harmonics and compensating reactive power have been widely discussed and applied successfully in recent years in the most varied industrial and commercial installations, encouraged by eliminating the fine for low power factor and by problems arising out of the significant increase in nonlinear loads connected to these electrical systems. Currently, various types of equipment that do the dual function of reducing harmonic content and power factor correction are applied using simulation techniques and well-known studies (through programmes computational load flow and flow harmonics) to ensure the most appropriate field response. In this sense, the proposed work is to show a technical-economical comparison between the equipment most frequently used as a solution of power factor and problems with harmonics, being them: Bank capacitors, passive harmonic filter detuned, passive harmonic filter tuned active harmonic filter, and harmonic hybrid filter. Evaluates the performance of each of these equipment mentioned above, where the following technical aspects will be assessed: voltage, current effective, total harmonic distortion of voltage (DTT), total harmonic distortion of current (DTI), active power, reactive, apparent, harmonic distortion and power factor. Simulations with the application of all types of equipment cited, power factor correction and filtering of harmonics, provide results with their respective implementation costs. Finally, the results obtained will be presented by monitoring in the field of the main electrical magnitudes in analysis, the solution adopted in the light of better cost x benefit and the performance of equipment installed for the desired by the company consumer goals. Equipamentos mitigadores de harmônicos e compensadores de energia reativa têm sido bastante discutidos e aplicados nos últimos anos com sucesso nas mais variadas instalações comerciais e industriais, fomentados pela eliminação da tarifação por baixo fator de potência e por problemas advindos do aumento significativo de cargas não lineares conectadas a estes sistemas elétricos. Atualmente, diversos tipos de equipamentos que fazem à dupla função de redução do conteúdo harmônico e correção do fator de potência são aplicados, utilizando técnicas de simulação e estudos bem conhecidos (através de programas computacionais de fluxo de carga e fluxo harmônicos) visando garantir a resposta em campo mais adequada. Neste sentido, o trabalho proposto tem por objetivo mostrar uma comparação técnico-econômica entre os equipamentos mais utilizados como solução do fator de potência e de problemas com harmônicos, sendo eles: banco de capacitores, filtro harmônico passivo dessintonizado, filtro harmônico passivo sintonizado, filtro harmônico ativo e filtro harmônico híbrido. Será avaliado o desempenho destes equipamentos através dos seguintes aspectos técnicos: tensão eficaz, corrente eficaz, distorção harmônica total de tensão (DTT), distorção harmônica total de corrente (DTI), potência ativa, reativa, aparente, distorção harmônica e fator de potência. As simulações com a aplicação de todos os tipos de equipamentos citados, de correção do fator de potência e filtragem de harmônicos, proporcionarão resultados com seus respectivos custos de aplicação. Finalmente, serão apresentados os resultados obtidos através do monitoramento em campo das principais grandezas elétricas em análise, da solução adotada em função de uma melhor relação custo x benefício, bem como do desempenho dos equipamentos instalados, para os objetivos desejados pela empresa consumidora. Mestre em Ciências

Submitted by Ruth Quaresma de Freitas (ruth_quaresma@hotmail.com) on 2019-03-21T14:20:04Z No. of bitstreams: 1 BERNARD DE SÁ GOUVEIA - DISSERTAÇÃO PPGEE 2010..pdf: 27479845 bytes, checksum: 53d2aaa95b2b87351d2e06e78d1f601e (MD5) Made available in DSpace on 2019-03-21T14:20:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BERNARD DE SÁ GOUVEIA - DISSERTAÇÃO PPGEE 2010..pdf: 27479845 bytes, checksum: 53d2aaa95b2b87351d2e06e78d1f601e (MD5) Previous issue date: 2010-09 Os sistemas que empregam conversores estáticos em paralelo vêm se tornando cada vez mais importantes no universo da eletrônica de potência, devido principalmente ao aumento da contabilidade e à qualidade dos sinais de tensão e corrente do sistema. Apesar dos sistemas paralelos serem bem conhecidos na literatura, muitos dos estudos trataram de paralelismo de sistemas, somente com reti cadores ou somente com inversores. Recentemente foi estudado algumas configurações de conversores estáticos CA-CC-CA em paralelo. Neste trabalho, são propostas seis novas topologias de conversores estáticos CA-CC-CA trifásico-trifásico com número reduzido de braços. Para cada topologia proposta serão abordados os seguintes aspectos: (i) modelagem dinâmica da configuração; (ii) controle da corrente da rede, tensão do barramento CC, da tensão fornecida à carga; (iii) estratégia PWM e (iv) estudo do impacto da utilização de uma, duas ou seis portadoras PWM no desempenho do sistema. Além disso, as topologias propostas permitem reduzir: as distorções harmônicas da corrente da rede elétrica e da tensão fornecida à carga, as perdas de alta frequência nos capacitores do barramento CC e as perdas de potência nos semicondutores (IGBTs e diodos) em comparação às topologias convencionais nas mesmas condições de operação. Por m, resultados de simulação e experimentais são apresentados e comparados para validação das topologias propostas. Parallel systems with static converters become more and more important in the world of power electronics, mainly due to the increase of reliability and quality of voltage and current signals from the system. Even though the parallel systems are well known in the literature, many of the studies dealing with parallel systems, only with recti ers or only with inverters. Recently, have been studied some static converters AC-DC-AC parallel con gurations. In this paper, six new static converter AC-DC-AC three-phase to three-phase topologies with a reduced number of legs are proposed. For each topology will be considered the following aspects: (i) dynamic modelling of the con- guration (ii) control of the grid current, dc-link voltage and the load voltage; (iii) PWM strategy and (iv) study of the impact of using single, double or six carriers-based PWM in the system performance. Moreover, the proposed topologies are able to reduce: the harmonic distortion of the grid current and load voltage, the power losses of high frequency of dc-link and the power losses in semiconductors (IGBTs and diodes) compared to conventional topologies under the same operating conditions. Finally, simulation and experimental results are presented and compared to validate the proposed topologies.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2019-03-19T17:28:57Z No. of bitstreams: 1 ANTONIO DE PAULA DIAS QUEIROZ - DISSERTAÇÃO PPGEE 2010..pdf: 20016357 bytes, checksum: 8a103efa9a63c90f0b7cb185930df547 (MD5) Made available in DSpace on 2019-03-19T17:28:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ANTONIO DE PAULA DIAS QUEIROZ - DISSERTAÇÃO PPGEE 2010..pdf: 20016357 bytes, checksum: 8a103efa9a63c90f0b7cb185930df547 (MD5) Previous issue date: 2010-09 CNPq Capes Os conversores estáticos são uma ferramenta de grande utilidade quando se busca melhoria na qualidade da energia dos sistemas de potência. Neste trabalho são apresentados tanto conversores já mencionados na literatura técnica, como conversores aqui propostos, sendo todos constituídos por módulos CA-CC-CA de quatro e/ou três braços sem utilização de transformadores de isolamento. Foram estudados basicamente dois tipos de conversores: cinco do tipo monofásico,obtidos a partir de conexão série da módulos de três e/ou quatro braços; e um do tipo trifásico, obtido a partir de módulos de três braços. Para cada topologia apresentada são abordados os seguintes aspectos: (i) modelagem dinâmica; (ii) estratégia PWM; (iii) sistemas de controle do fator de potência da rede, das tensões dos barramentos CC, da tensão fornecida à carga e, quando existirem, das correntes de circulação de baixa frequência; (iv) análise do desempenho dos conversores série e trifásico segundo critérios de distorção harmônica, perdas nos capacitores dos barramentos CC, e perdas por condução e chaveamento nas chaves semicondutoras. A conexão série é vantajosa por possibilitar a redução das tensões dos barramentos CC e os harmônicos gerados pelo conversor, diminuindo os valores nominais de tensão e potência das chaves semicondutoras. Dessa maneira, todos os conversores monofásicos propostos foram obtidos a partir da conexão série. Os conversores apresentados são indicados para aplicações que operam com mesma frequência na entrada e saída (e.g.,uninterruptible power supply (UPS), fontes de tensão reguladas, compensadores de harmônicos, etc). A fim de validar os resultados, são mostradas curvas de simulação e experimentais. Static converters are a valuable tool when seeking to improve the power quality of power systems. This work presents conventional and proposed converters, all composed by AC-DC-AC modules with four and/or three legs without isolation transformer. We studied two types of converters: five single-phase converters, derived from series connection of AC-DC-AC moduleswith three and / or four legs, and one three-phase converter obtained from AC-DC-AC modules with three legs. The following aspects are discussed for each topology: (i) dynamic modelling; (ii) PWMstrategy; (iii) control of several variables of the system, i.e., input grid current (waveform and power factor), DC-link voltage, load voltage and low frequency of the circulating current (when it exist); (iv) characterization of the converters based on harmonic distortion of voltages and currents, losses of the DC-link capacitors, and conduction and switching losses of the semiconductor switches. The series connection is advantageous because it allows the reduction of the DC-link voltage, the harmonics generated by the converters, witch reduce the rating of the semiconductors witches. All proposed single-phase converters were derived from serial connection. The converters are suitable for applications that operate with the same frequency in the input and output (e.g., uninterruptible power supply (UPS), voltage regulated sources, harmonic compensators, etc). In order to validate the results, curves of simulation and experimental are presented.

Dissertação de Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores A questão da Qualidade da energia Elétrica surgiu, nas últimas décadas, com maior interesse devido ao aumento do custo da energia, do custo de produção e da mudança da natureza das cargas elétricas. A crescente complexidade das instalações elétricas traz-nos novos problemas e metodologias de análise. Alguns dos problemas mais frequentes e para os quais temos que implementar novas soluções, estão relacionados com falhas originadas por harmónicos, micro-cortes e sobretensões. Este trabalho teve como objectivo o estudo de alternativas para compensação de energia reactiva numa rede secundária. Assim, desenvolveu-se um modelo de simulação, usando o programa Alternative Transients Program (ATP-EMTP), tendo por base resultados obtidos em medições de campo, numa rede de distribuição residencial de baixa tensão. Os resultados obtidos por simulação foram em seguida comparados com os resultados destas medições de campo, a fim de validar o modelo desenvolvido. As duas abordagens produziram resultados similares, o que demonstra a validade e adequabilidade deste modelo, para este tipo de estudos. Este trabalho demonstra que a instalação de baterias de condensadores, para a compensação de energia reactiva, melhora o perfil de tensão ao longo da rede. No entanto, este procedimento, leva à amplificação da distorção harmónica da tensão e da corrente, devendo por isso ser efectuado com especial cuidado, e ponderado em cada caso, tendo em consideração o tipo de carga presente na rede elétrica. The Quality of Electric Energy has become a major focus in the last decades as a consequence of the increment in the production cost of energy, in its cost to the consumer, as well as the change in the nature of the electrical charges. The raising complexity of the electric installations tackles us with new problems and methodologies for its analysis. Some of the problems we are facing everyday and for whose we need to find new solutions are related to the fails originated by harmonics, micro-cuts and over tensions. This work aimed to study the alternatives for the reactive compensation in secondary electric network using ATP. Using experimental data from typical residential loads, this work aimed to determine if its behavior was characterized as harmonic ”current source”or ”voltage source”type. The problems concerned to the appliance of filtering techniques or passive compensation to the harmonics and reactive potency were discussed. Additionally, the proportion between linear and non-linear charges as well as the type of non-linearity present was determined, based on field measures of low tension distribution nets from residential areas. These results were compared to the laboratorial results obtained by the model developed in the present work using ATP. The data showed that the simulation results obtained by the model are in accordance to the real linear and non-linear loads obtained by field measurements, validating the model. We therefore conclude that this model effectively reproduces field measurements and is suitable to be used in future studies.