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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior This master s thesis proposes a three-phase transformerless double-conversion UPS with digital control system and reduced overall cost. The topology is composed of an input stage, a battery bank, an inverter, an auxiliary circuit and transfer switches. The input stage assumes the three-phase rectifier function with LCL filter in normal operation mode and is responsible for discharge the battery bank in backup mode. This configuration reduces the system cost since an available circuit is used to discharge the battery bank. In conventional double-conversion UPS topologies the input stage remains inactive during the backup mode and an additional circuit is employed for this purpose. The auxiliary circuit is formed by an inductor and a switching leg and is used as a battery charger during normal operation mode and is additionally used to balance the bus capacitors voltages in backup mode. In this configuration, the auxiliary circuit can be designed for only a fraction of the UPS rated power, also providing lower total system cost. Transfer switches change the configuration of the input stage and the auxiliary circuit according to the UPS operating mode. The detailed operation of the topology, modelling, digital control structure, and the results obtained by simulation are showed. Finally a 20 kVA prototype is implemented and experimental results are acquired for the validation of the employed design methodology as well as the proposed circuit functionality. Esta dissertação de mestrado propõem uma topologia de fonte ininterrupta de energia (UPS - Uninterruptible Power Supplies) trifásica de dupla conversão sem transformador com custo reduzido e sistema de controle digital. A UPS proposta é composta por um estágio de entrada, um banco de baterias, um inversor, um circuito auxiliar e chaves de transferência. O estágio de entrada assume a função de retificador trifásico com filtro LCL em modo normal de operação da UPS e é responsável pela descarga do banco de baterias em modo bateria de operação. Esta configuração reduz o custo do sistema, pois permite que seja aproveitado um circuito disponível e dimensionado para a potência nominal da UPS para a descarga do banco de baterias. Em topologias convencionais de UPSs de dupla conversão o estágio de entrada permanece ocioso durante este modo de operação e um circuito adicional é empregado para este fim. O circuito auxiliar é formado por um indutor e um braço de interruptores e é utilizado como carregador de baterias em modo normal de operação e adicionalmente é utilizado para realizar o equilíbrio das tensões dos capacitores de barramento em modo bateria. Com esta configuração, o circuito auxiliar pode ser dimensionado para apenas uma fração da potência nominal da UPS, propiciando também a redução do custo total do sistema. As chaves de transferência alteram as configurações do estágio de entrada e do circuito auxiliar de acordo com o modo de operação da UPS. É apresentada a operação detalhada da topologia, a modelagem, a estrutura de controle digital utilizada e os resultados obtidos via simulação. Por fim, um protótipo de 20 kVA é implementado e resultados experimentais são adquiridos para a validação da metodologia de projeto empregada bem como da funcionalidade do circuito proposto.

A country with continental territorial extension such as Brazil has a vast network of power distribution and transmission networks, however, energy demands are not constantly met. A viable solution is the use of autonomous networks in an islanded mode, where hybrid systems meet the need for local energy demand. This dissertation proposes a study on Droop Control, in the context of parallelism with energy storage systems and voltage regulation on the AC bus. In this context, there are integrations of single-phase hybrid networks in islanded mode, which are interactions that include external current sources such as solar energy inverters and loads that will act by destabilizing the AC bus voltage. Not being connected to the National Interconnected System, the model needs components that prioritize, mainly, the stability of this voltage, because of this, a real case was surveyed for the collection of samples aiming at the verification of the variables of interest, for the designing a circuit in which the Droop Control interacts harmoniously in series with other controls. It is then proposed to simulate the connection of two battery banks, which use local variables such as voltage and current for their regulation, this information, in turn, is processed by the series controls, providing the necessary parameters to stabilize the voltage in the AC bus. Um país com extensão territorial continental como o Brasil possui vasta malha de redes de transmissão e distribuição de energia, no entanto, as demandas energéticas não são constantemente atendidas. Uma solução viável é a utilização de redes autônomas de modo ilhado, onde sistemas híbridos atendem a necessidade da demanda energética local. Esta dissertação propõe um estudo sobre o Controle Droop, no contexto de paralelismo com sistemas de armazenamento de energia e regulação de tensão no barramento CA. Neste contexto, têm-se integrações de redes hibridas monofásicas em modo ilhado, sendo estas, interações que contemplam fontes de correntes externas como inversores de energia solar e cargas que atuarão desestabilizando a tensão do barramento CA. Não estando conectado ao Sistema Interligado Nacional, o modelo necessita de componentes que priorizem, principalmente, a estabilidade desta tensão, em razão disto, fez-se o levantamento de um caso real para coleta de amostras objetivando a verificação das variáveis de interesse, para a projeção de um circuito em que o Controle Droop interaja harmoniosamente em série com outros controles. Propõe-se então a simulação da conexão de dois bancos de baterias, que utilizem de variáveis locais como tensão e corrente para sua regulação, estas informações, por sua vez, são processadas pelos controles em série, fornecendo os parâmetros necessários para estabilizar a tensão no barramento CA.