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http://hdl.handle.net/1843/35732| Type: | Tese |
| Title: | Sistema de condicionamento de potência com correntes senoidais na rede de alimentação |
| Other Titles: | Power conditioning system with sinusoidal currents at the grid side |
| Authors: | Thiago Morais Parreiras |
| First Advisor: | Braz de Jesus Cardoso Filho |
| First Referee: | Danilo Iglesias Brandão |
| Second Referee: | Igor Amariz Pires |
| Third Referee: | Sidelmo Magalhães Silva |
| metadata.dc.contributor.referee4: | Marcelo Martins Stopa |
| metadata.dc.contributor.referee5: | Luiz Antônio de Souza Ribeiro |
| Abstract: | Sistemas de Condicionamento de Potência (SCP) podem impactar a qualidade de energia do sistema devido às distorções harmônicas de corrente oriundas do chaveamento do conversor e, até mesmo, agravar o problema de ressonâncias devido ao uso de elementos capacitivos nos próprios filtros acrescidos para diminuir essa distorção. Neste sentido, o conversor de Fator de Potência Verdadeiramente Unitário (FPVU) é proposto como alternativa para o necessário controle bidirecional do fluxo de potência com elevada eficiência, uso de topologias de conversores e transformadores convencionais e sem o uso de elementos capacitivos de filtro. O objetivo do presente trabalho é propor técnicas de modulação e controle que promovam o efetivo funcionamento da tecnologia proposta para a aplicação em voga, contudo, dada a versatilidade do conversor FPVU, sem se restringir somente a essa. Além disso, uma análise aprofundada de aspectos de funcionamento das partes constituintes da tecnologia é também uma finalidade almejada. Este trabalho contribui com o avanço científico e tecnológico ao propor e implementar fisicamente técnicas e ajustes de controle de tensão e corrente capazes de funcionar em conjunto com a modulação por eliminação seletiva de harmônicos para o conversor FPVU para os casos de barramento c.c. série, paralelo ou independentes. Uma nova técnica de filtragem em tempo real de correntes altamente distorcidas foi desenvolvida para auxiliar nesse ponto. Apresenta-se a capacidade de fluxo bidirecional de potência e operação nos modos de corrente constante e tensão constante, necessários à aplicação com baterias. Também contribui-se com a literatura pelas caracterizações de perdas, do cancelamento de harmônicos no transformador, de harmônicos presentes nas tensões nos conversores e da capacidade de fornecimento de reativos do conversor FPVU. Essas contribuições são realizadas para duas versões do conversor FPVU de 2 níveis e também para a topologia de 3 níveis de ponto neutro grampeado. O trabalho se desenvolve através de uma análise teórica do funcionamento da tecnologia, a qual é embasada, quando pertinente, por cálculos computacionais adequados. O desenvolvimento do projeto dos controles de tensão e corrente com suas variantes, bem como sua interação com a modulação seletiva de harmônicos, é descrito. Os resultados são avaliados num primeiro momento em simulações computacionais. Num segundo momento, o controle é implementado através de microprocessador, FPGA e circuitos eletrônicos adequados e testado em sistema de simulação em tempo real. Finalmente, o conceito é posto à prova em testes com um protótipo em pequena escala (30 kVA). Os resultados apresentados mostram a capacidade dinâmica e de regime permanente de funcionamento do conversor FPVU, provendo correntes praticamente senoidais em diversas aplicações e modos de funcionamento. |
| Abstract: | Power Conditioning Systems (PCS) may impact the system power quality due to the current harmonic distortion and also increase the potential of harmonic resonances due to the use of capacitive elements in their front-end filters included to deal with this distortion. In this context, the True Unity Power Factor (TUPF) converter is proposed as an alternative to perform the necessary bidirectional power flow with high efficiency, use of conventional topologies and transformers and without capacitive filter elements. The objective of this work is to propose modulation and closed-loop control techniques which promote the effective working of the proposed technology for this application, although without being restrict to it. Furthermore, this work also aims a deep analysis of working aspects of the composing parts of this technology. Therefore, the main contributions to the scientific and technological advance are: to propose and physically implement voltage and current control techniques capable of working along with the selective harmonic elimination PWM for TUPF converters in parallel, series-connected or independent dc links. Here a new real-time filtering technique for highly distorted currents was also implemented. Then the bidirectional power flow capability and constant current / constant voltage operation modes needed for battery applications are analyzed. Additional contributions are the analysis of losses, harmonics cancellation in transformers, voltage harmonics at the converters and capabilities for reactive power support. These contributions are extended to the three level neutral point clamped topology. The work develops through a theoretical analysis of the working of such technology added of computational calculation when convenient. It is described the design of the closed-loop current and voltage controls, including their variants, as well as their interaction with the selective harmonic elimination PWM. First, the results are evaluated in computational simulations. Then, the control implemented through microprocessors, FPGA and adequate electronic circuits is tested in a hardware-in-the-loop system. Finally, the concept is tested in a low scale prototype (30 kVA). The presented simulation and experimental results show the dynamic and steady-state working capability of the TUPF converter supplying practically sinusoidal currents in several applications and operation modes. |
| Subject: | Engenharia elétrica Energia - Fontes alternativas Energia - Armazenamento Fator de potência Harmônicos (Ondas elétricas) |
| language: | por |
| metadata.dc.publisher.country: | Brasil |
| Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Publisher Initials: | UFMG |
| metadata.dc.publisher.department: | ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA |
| metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica |
| Rights: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/35732 |
| Issue Date: | 18-Dec-2020 |
| Appears in Collections: | Teses de Doutorado |
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