Search

Orientador: Ernesto Ruppert Filho Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: o tema da qualidade de energia elétrica adquiriu grande importância em anos recentes. O número crescente de cargas baseadas em conversores eletrônicos criou a preocupação com a distorção harmônica em sistemas de energia elétrica. Qualidade de energia é um assunto importante tanto para as companhias distribuidoras e geradoras de energia elétrica como para os consumidores. A poluição harmônica pode causar sérios problemas às companhias e aos consumidores. Alguns dos possíveis problemas são a instabilidade na operação do sistema, distorções de tensão, perdas de energia, interferência eletromagnética e ressonâncias perigosas. A utilização de equipamentos para eliminação de harmônicos tornou-se necessária e são versas as soluções possíveis. Tradicionalmente se utilizam Itros passivos do tipo série ou paralelo. Esses Itros resentam como desvantagem suas grandes dimensões, seu custo elevado, elevadas perdas de energia, pouca e cácia, dependendência da interação com parâmetros do sistema e risco de introdução de novas freqüências de ressonância. O desenvolvimento recente da eletrônica de potência e do processamento digital de sinais tornou possível a utilização de Itros ativos de potência, que são condicionadores eletrônicos de energia. Filtros ativos de potência podem ser utilizados para realizar a Itragem de harmônicos em sistemas elétricos, sem os problemas apresentados pelos dispositivos passivos. Filtros ativos série são utilizados para eliminar distorções de tensão e Itros ativos paralelos são usados para eliminar correntes harmônicas originadas por carga não lineares. Esses últimos podem ainda ser usados para corrigir o fator de potência e para equilibrar as correntes de linha em sistemas desbalanceados com quatro os. Este trabalho estuda a aplicação de Itros ativos paralelos a sistemas trifásicos com quatro os. São estudados teorias de potências, métodos de compensação de harmônicos e sistemas de controle. A principal contribuição do trabalho está no emprego de um método seletivo de compensação de correntes baseado em redes neurais adaptativas, além do estudo do emprego de redes neurais no controle de correntes. Esses e outros assuntos foram experimentalmente comprovados com um protótipo de Itro ativo construí do em laboratório Abstract: Electricity power quality has gained increased importance in the past few years. The growing number of power electronicsbased loads has created a preoccupation about harrnonic distortion in electric systems. Electricity power quality is an important issue both for energy utilities and consumers. Harrnonic poIlution may cause severe problems to electricity utilities and consumer networks such as system instability, voltage distortions, power losses, electromagnetic interference and harrnful resonances. The use ofharrnonic ltering equipment has become necessary and many solutions have been studied. Traditional passive devices such as tuned shunt lters and series reactors present disadvantages such as bulky sizes, high costs, increased losses, smaIl effectiveness, dependence on the parameters of the electric system and yet more risk of resonance with other elements of the network. Recent deve10pments in the major of power electronics and digital processing have made possible the pplication of electronic power conditioners such as series and shunt active lters. Active power lters may be used to overcome the drawbacks of passive devices. Series active power lters are used to reduce voltage distortions of electric systems. Shunt active power lters are used to mitigate harrnonic currents originated by nonlinear loads. The latter may be also used for increasing power factor and for balancing line currents in four-wire systems with unbalanced loads. This work is concerned with the application of shunt active power lters to three-phase four-wire electric systems. Power theories, compensation methods and control systems are discussed. The application of a se1ective compensation method based on adaptive neural networks and the employment of a neural network in the current controlIer are the main contributions of this work. These and other subjects were experimentalIy tested with a prototype of an active. power lter built in laboratory Mestrado Energia Elétrica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Ernesto Ruppert Filho Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Este trabalho é uma contribuição ao estudo de conversores eletrônicos para sistemas fotovoltaicos de geração distribuída de energia elétrica. O objetivo principal é apresentar o desenvolvimento e os resultados de um conversor eletrônico trifásico para a conexão de um conjunto de painéis solares fotovoltaicos à rede elétrica de baixa tensão. São apresentados resultados experimentais e estudos teóricos sobre a modelagem e a simulação de dispositivos fotovoltaicos, a regulação da tensão fotovoltaica, o rastreamento da máxima potência e a modelagem e o controle de um conversor eletrônico de dois estágios Abstract: This work is a contribution to the study of power converters for photovoltaic distributed generation systems. The main objective is to present the development and results of a threephase power converter for a grid-connected photovoltaic plant. The work presents experimental results and theoretical studies on the modeling and simulation of photovoltaic devices, regulation of the photovoltaic voltage, maximum power point tracking, and the modeling and control of a two-stage grid-connected power converter Doutorado Energia Elétrica Doutor em Engenharia Elétrica

Installations of solar photovoltaic systems have increased considerably in the last decade. Therefore, it has been noticed that monitoring of meteorological data (solar irradiance, air temperature, wind velocity, etc.) is important to predict the potential of a given geographical area in solar energy production. In this sense, the present work compares two computational tools that are capable of estimating the energy generation of a photovoltaic system through correlation analyzes of solar radiation data: PVsyst software and an algorithm based on the PVlib package implemented in MATLAB. In order to achieve the objective, it was necessary to obtain solar radiation data (measured and from a solarimetric database), analyze the decomposition of global solar irradiance in direct normal and horizontal diffuse components, as well as analyze the modeling of the devices of a photovoltaic system (solar modules and inverters) for energy production calculations. Simulated results were compared with experimental data in order to evaluate the performance of the studied methods. Errors in estimation of energy production were less than 30% for the MATLAB algorithm and less than 20% for the PVsyst software.

Orientadores: Ernesto Ruppert Filho, Marcelo Gradella Villalva Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: O objetivo deste trabalho é a construção de um conversor eletrônico de potência monofá-sico completo para conexão à rede elétrica de distribuição de baixa tensão alimentado por painel fotovoltaico Painéis fotovoltaicos comerciais geram uma tensão contínua que varia entre 20 e 50V, dependendo do tipo de painel e da ocorrência ou não de conexão entre os mesmos; sendo necessário, portanto, a adequação dos níveis de tensão gerados pelo painel com o nível de tensão da rede elétrica de distribuição, na qual ele será conectado. O conversor eletrônico de potência utilizado neste trabalho é constituído de dois estágios sendo o primeiro CC ¿ CC e o segundo, um inversor, CC ¿ CA. Ele será controlado de duas maneiras: a primeira será responsável pelo con-trole da tensão de entrada do conversor CC - CC e pela injeção de potência no conversor CC - CA o qual, além de ser o responsável pela transformação da tensão contínua em alternada também é responsável pelo sincronismo do conversor CC - CA com a rede elétrica. São apresentados resultados de simulação do funcionamento do conversor para geração fotovoltaica de energia elétrica, sua malha de controle e o funcionamento do sistema elétrico completo. O projeto com-pleto dos conversores e dos circuitos auxiliares bem como os resultados experimentais obtidos em laboratório são apresentados Abstract: The objective of this work is the construction of a complete single-phase power electronic converter for grid connection of low voltage distribution powered by photovoltaic panels. Photo-voltaic panels generates a DC voltage that varies between 20 and 50V, depending on the type of panel and presence or absence of connection between them, it is necessary, therefore, the ade-quacy of voltage levels generated by the panel with the voltage level of the electrical distribution network, in which it is connected. The power electronic converter used in this study consists of two stages with the first is a dc ¿ dc converter and the second is a dc-ac converter, frequency inverter. It will be controlled in two ways: the first is responsible for controlling the input voltage of the dc-dc converter and the power injection in the ac-dc converter which, besides being res-ponsible for the transformation into alternating voltage is also responsible by the synchronism of the converter dc-ac with the utility grid. Simulation results of the converter operation connected to the utility grid are presented, its network control and operation of the complete electrical sys-tem. The complete design of converters and auxiliary circuits and the experimental results obtai-ned in the laboratory are presented Mestrado Energia Elétrica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Ennio Peres da Silva Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Este trabalho visa analisar a cadeia tributária da energia solar fotovoltaica no Brasil, com especial atenção aos tributos incidentes na comercialização do principal equipamento de um sistema fotovoltaico: o módulo fotovoltaico. O objetivo central da pesquisa é quantitativo, ou seja, valorar e identificar o real peso tributário sobre o preço final desse equipamento em cada elo da cadeia e na cadeia como um todo. Para tanto, desenvolveu-se uma metodologia composta por três etapas. Em suma, a cadeia de negócios foi mapeada, segmentada e caracterizada por agentes e suas conexões. Posteriormente, foram desenvolvidos modelos para cálculo dos tributos, considerando as alíquotas, bases de cálculo e a legislação brasileira vigente. Por fim, foram selecionados cenários de referência para a aplicação dos modelos de cálculo. Propostas no âmbito fiscal, que desoneram determinados tributos, também foram consideradas em análises de sensibilidade. O impacto dos tributos, bem como das propostas que visam desonerações, foram avaliadas considerando o preço final para o consumidor. Além disso, o presente trabalho compilou as informações tributárias das etapas de importação e comercialização da cadeia, e os incentivos correlatos em cada segmento. Foram identificados 17 tributos e despesas com alíquotas, bases de cálculo e legislações diferentes. Os resultados mostraram que a etapa de importação é a mais onerosa, com destaque para o II e o COFINS. Para auxiliar na competitividade da indústria nacional FV, foram propostos ajustes tributários para reduzir o preço do módulo FV montado no Brasil e aumentar o preço final do módulo importado. Por fim, este trabalho almeja auxiliar os tomadores de decisão, formuladores de políticas públicas e os demais agentes interessados no mercado fotovoltaico brasileiro Abstract: This work aims to analyze the Brazilian photovoltaic business chain, with special attention to the taxes burden on the commercialization of the main equipment of a photovoltaic system: the photovoltaic module. The main objective of this research is quantitative: to value and identify the real tax burden on the final price of this equipment at each segment of the solar chain. A methodology consisting of three steps was developed. In brief, the solar chain was mapped, segmented and characterized by agents and their connections. Subsequently, models for calculating the taxes were developed, considering the rates, and the current Brazilian legislation and statutes. Finally, reference scenarios were selected in order to apply the models. Fiscal policies and other incentive mechanisms were also considered in sensitivity analyzes. The impact of the taxes was evaluated considering the final price for the consumer. In addition, this work compiled the tax information of the importing and commercialization process of the value chain, and the related incentives in each segment. 17 different taxes and costs were identified with different rates, calculation bases and legislation. The results showed that the import stage was the most expensive, with emphasis on II and COFINS. To assist in the competitiveness of the national PV industry, tax adjustments were proposed to reduce the price of the PV module assembled in Brazil, and also to increase the final price of the imported module. Finally, this paper aims to support decision makers, public policy makers and other agents interested in the Brazilian photovoltaic market Doutorado Planejamento de Sistemas Energéticos Doutora em Planejamento de Sistemas Energéticos CAPES 88882.435405/2019-01

Orientadores: José Antenor Pomilio, Helmo Kelis Morales Paredes Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Esta tese apresenta contribuições para a utilização multifuncional de conversores eletrônicos de potência aplicados à geração distribuída de energia. Através das técnicas propostas, o conversor, que convencionalmente atua como interface entre fontes alternativas de energia e a rede elétrica, agrega funcionalidades relacionadas ao tratamento de problemas de qualidade da energia elétrica, passando a operar, também, como um filtro ativo de potência. As estratégias desenvolvidas para viabilizar o uso multifuncional do conversor têm como base a corrente que flui por uma carga local conectada ao ponto de acoplamento do conversor. Através da decomposição da corrente da carga em parcelas ortogonais relacionadas aos distúrbios de qualidade de energia, podem ser escolhidos os distúrbios a serem compensados, bem como o grau de compensação a ser aplicado. Entretanto, devido ao comportamento intermitente e imprevisível das cargas e das fontes alternativas de energia, a capacidade de potência ou corrente do conversor pode ser insuficiente para realizar sua função primária, isto é, a injeção da energia produzida pela fonte local, simultaneamente à compensação de distúrbios de qualidade de energia. Por isso, são desenvolvidas estratégias para limitar a potência ou corrente processadas pelo conversor, priorizando a injeção da potência gerada pela fonte local. Também é apresentado um breve estudo sobre a operação coordenada entre conversores multifuncionais em microrredes inteligentes de energia. Através de uma rede de dados os conversores são conectados a uma central de monitoramento e supervisão que ajusta de forma "on-line" as funções auxiliares que devem ser executadas por cada um dos conversores. As análises e testes realizados ao decorrer do trabalho consideram um cenário comumente encontrado em redes de distribuição de energia em baixa tensão, cujas impedâncias são elevadas e a distorção harmônica presente na tensão é considerável. As estratégias multifuncionais propostas neste trabalho foram validadas por resultados experimentais obtidos através da implementação de protótipos de conversores multifuncionais Abstract: This thesis presents the development of strategies to operate grid-tied power electronic converters, which are conventionally used as power interface between renewable power sources and the grid, as a multifunctional device. Through the application of the proposed control techniques, the grid-tied converter is able to aggregate additional features intended to perform ancillary services related to power quality improvement. Therefore, the original function of the grid-tied converter is combined with features of an active power filter. The strategies developed to allow the multifunctional operation are based on the current throughout a local load which is connected at the point of coupling of the converter. By means of the decomposition of the load current into orthogonal components it is possible to choose the kind of disturbance to be compensated, as well as, the level of compensation. However, due to the unpredictable behavior of renewable energy sources and loads, the power or current capacity available in grid-tied converter may be insufficient to perform its primary function, i.e. the injection of the active power generated by the energy source, along with the power quality improvement. Therefore, strategies to limit the power or current processed by the converter are developed giving priority to the active power injection. It is also presented a brief study about the coordinated operation of multifunctional power converters used in smart microgrids. A communication network is used to connect the power converters to a remote central of supervision that adjusts the ancillary services each converter should perform. Analysis, tests and discussions performed in this thesis consider a scenario commonly observed in low voltage energy networks, where the grid is weak and, in general, non-sinusoidal. The strategies and techniques proposed were validated through experimental results obtained by the implementation of multifunctional power converters prototypes Doutorado Energia Elétrica Doutor em Engenharia Elétrica FAPESP 2011/15884-6

Orientadores: Ernesto Ruppert Filho, Marcelo Gradella Villalva Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Apresenta-se uma proposta de modelagem matemática do elo de corrente contínua do conversor fotovoltaico com filtro LCL conectado à rede elétrica. Considera-se na modelagem a dinâmica do filtro LCL e do controle de corrente elétrica injetada na rede. Para o controle de corrente, utilizou-se o controlador proporcional ressonante (P-ressonante) com compensação de harmônicas. O amortecimento do filtro LCL é realizado através de um filtro notch. Com a modelagem proposta, obtém-se um modelo não linear. Este modelo é linearizado para obter um modelo dinâmico que representa, com acurácia, a dinâmica do lado CC do conversor CC-CA em torno do ponto de operação em análise, o qual é capaz de representar a característica de fase não mínima quando o conversor com filtro LCL está funcionando como retificador. Modelos tradicionais da entrada CC do conversor, obtidos desprezando a dinâmica do filtro do lado CA, não são capazes de distinguir os modos de operação do converso (inversor ou retificador) assim como não representam o comportamento de fase não mínima quando o conversor funciona como retificador. O comportamento de fase não mínima está associado com atraso de fase que, quando excessivo, conduz a um desempenho de controle insatisfatório ou mesmo à instabilidade. É apresentada uma comparação entre os resultados experimentais e os resultados de simulação obtidos, comprovando a validade do estudo proposto. Para realizar os testes experimentais, um conversor fotovoltaico de dois estágios de 7,5kW foi construído juntamente com toda uma plataforma de aquisição de dados e de comunicação necessários para as verificações das técnicas Abstract: A proposal of mathematical modeling of the direct current link of the photovoltaic converter with LCL filter connected to the electrical grid is presented. It is considered in the modeling the dynamics of the LCL filter and the control of electric current injected into the network. For the current control, the resonant proportional controller (P-resonant) was used with harmonic compensation. The damping of the LCL filter is performed through a notch filter. With the proposed model, a nonlinear model is obtained. This model is linearized to obtain a dynamic model that accurately represents the dynamics of the DC side of the DC-AC converter around the operating point under analysis, which can represent the non-minimal phase characteristic when the converter with LCL filter is working as a rectifier. Traditional models of the DC converter input, obtained by neglecting the AC side filter dynamics, are not able to distinguish the operating modes of the converter (inverter or rectifier) as well as do not represent the non-minimum phase behavior when the converter functions as a rectifier. Non-minimal phase behavior is associated with phase delay which, when excessive, leads to poor control performance or even instability. A comparison between the experimental results and the simulation results is presented, proving the validity of the proposed study. To carry out the experimental tests, a two-stage 7.5 kW photovoltaic converter was built together with a complete data acquisition and communication platform required for the verification of the techniques Doutorado Energia Elétrica Doutor em Engenharia Elétrica CNPQ 141232/2014-5 FAPESP

Orientador: Marcelo Gradella Villalva Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: A conexão de inversores para sistemas fotovoltaicos de geração distribuída à rede de distribuição cria situações de risco às cargas que estão conectadas ao ponto de acoplamento comum (PAC) e aos funcionários da concessionária que fazem a manutenção da rede elétrica. Uma situação de risco que deve ser evitada consiste no fornecimento de energia elétrica, por um ou mais inversores, à rede de distribuição após a desconexão da rede elétrica principal. O isolamento de sistemas de geração distribuída que continuam com a alimentação da potência requerida pela carga no PAC é conhecido na literatura como ilhamento. O ilhamento não intencional pode ser evitado utilizando técnicas de detecção de ilhamento. Neste trabalho, são apresentados um estudo detalhado das principais técnicas de anti-ilhamento encontradas na literatura e os principais inversores para sistemas fotovoltaicos. Para validar o funcionamento de estratégias de detecção de ilhamento em uma rede de distribuição de energia elétrica, dois inversores monofásicos de dois estágios conectados à rede elétrica foram simulados e construídos e os métodos de anti-ilhamento Active frequency drift e Active frequency drift with positive feedback foram implementados e testados. Três casos de estudos são analisados. O primeiro leva em conta o ilhamento de apenas um inversor. O segundo caso quando se inclui outro inversor ao PAC. Por fim, é inserido comunicação serial entre os dois inversores para melhorar a resposta da detecção de ilhamento. Os resultados de simulação e suas comprovações experimentais são apresentadas ao final Abstract: The connection of inverters for distributed generation photovoltaic systems to the distribution network creates situations of risk to the loads that are connected to the point of common coupling (PCC) and personals who maintain the power grid. A risk that should be avoided is the supply of electricity, by one or more inverters, to the distribution network after disconnecting the main power grid. The isolation of distributed generation systems that continue to supply the power required by the load at the PCC is known in the literature as islanding. The unintentional islanding can be avoided by using islanding detection techniques. In this work, we present a detailed study of the main anti-islanding techniques found in the literature and the main inverters for photovoltaic systems. To validate the operation of islanding detection strategies in an electrical power distribution network, two single phase two-stage photovoltaic systems connected to the grid were simulated and built and the anti-islanding methods Active frequency drift and Active frequency drift with positive feedback have been implemented and tested. Three case studies are analyzed. The first takes into account the islanding of only one inverter. The second case when it includes another inverter to the PAC. Finally, serial communication is incorporated between the two inverters to improve islanding detection response. The simulation results and their experimental verifications are presented at the end Mestrado Energia Elétrica Mestre em Engenharia Elétrica CNPQ 831346/1988-4

Orientador: José Antenor Pomilio Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Este trabalho propõe um sistema de armazenamento de energia híbrido composto por bateria e ultracapacitor para aplicações em veículos elétricos, baseado em uma estratégia de controle que possui o intuito de combinar especialidades de múltiplas fontes que diferem em termos de densidade de energia e de densidade de potência. O sistema atua gerenciando o fluxo de potência entre os dispositivos de suprimento de energia, permitindo eficiência energética necessária para um bom desempenho do sistema de propulsão do veículo elétrico. O sistema também permite o fluxo bidirecional de potência, possibilitando o veículo atuar com frenagem regenerativa. Um conveniente arranjo entre as fontes, juntamente com o gerenciamento de energia permitiu reduzir os requisitos de dimensionamento da bateria que funciona como fonte de maior densidade de energia. Adicionalmente, a vida útil destas fontes e a imunidade do sistema de suprimento a variações bruscas de demanda de potência são melhoradas. A integração do sistema do sistema de gerenciamento implementado em um conversor de potência de 12 kW a um kart indoor elétrico permitiu validar o sistema e analisar experimentalmente o desempenho do veículo, comprovando a eficácia da estratégia de controle Abstract: This work proposes a hybrid energy storage system for applications on electric vehicles, based on a control strategy that combines multiple power sources with different characteristics in terms of energy density and power density. The system manages energy flow among the storage devices, providing necessary energetic efficiency to guarantee high performance for vehicular propulsion system. In addition, the system permits bidirectional power flow, providing regenerative braking for the vehicle. Convenient organizations among power sources, working with energy management have permitted to reduce requirements for the battery that works as higher energy density power source. At the same time, lifetime for these energy storage devices and immunity for sudden variations are improved. The integration of the power management system implemented in a power converter of 12 kW to an electric indoor kart allowed to validate experimentally and analyze the performance of the vehicle, proving the effectiveness of the control strategy Mestrado Energia Elétrica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Marcelo Gradella Villalva Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: A melhor forma de associar geração distribuída, sistemas de armazenamento e cargas é utilizando o subsistema chamado Microrrede. Este trabalho estuda e desenvolve estratégias de controle para conversores de potência conectados a uma microrrede em corrente alternada de baixa tensão, que opera isolada da rede elétrica. É desenvolvido o projeto, modelagem e controle dos três tipos básicos de conversores: conversor-formador, conversor-suporte e conversor-alimentador, sendo os dois primeiros alimentados por baterias e o último alimentado por uma fonte primária de energia genérica, exemplificado como painéis fotovoltaicos. É modelada uma microrrede com diferentes valores de impedâncias de linha entre os conversores e a carga, e deseja-se que a microrrede satisfaça três principais condições. Primeiro, que os conversores compartilhem potência ativa e reativa proporcionalmente às suas potências nominais. Segundo, prioriza-se a extração de potência do conversor alimentado por fonte renovável de energia. E, além disso, é necessário que os fluxos de potências internos da microrrede sejam balanceados e, quando há excesso de geração e as baterias já estão carregadas, deve-se reduzir a quantidade de potência gerada, a fim de evitar danos às baterias e garantir suas vidas úteis. Para isso, adota-se a estratégia de controle droop, que realiza o controle da potência ativa relacionado à frequência e da potência reativa à tensão, dispensando, assim, meios físicos de comunicação. São realizadas simulações de várias situações da microrrede para verificar a atuação dos controles desenvolvidos Abstract: The best way to associate distributed generation, storage systems, and loads is by using the subsystem called Microgrid. This work studies and develops control strategies for power converters connected to a microgrid in low voltage alternating current, which operates isolated from the power grid. The design, modeling and control of the three basic types of converters are developed: grid-forming, grid-supporting and grid-providing converters; the first two are fed by batteries and the last one is fed by a primary source of generic energy, exemplified as photovoltaic panels . A microgrid is modeled with different line impedance values between the converters and the load, and it is desired that the microgrid satisfies three main conditions. First, the converters share active and reactive power in proportion to their nominal power. Second, priority is given to the extraction of power from the converter fed by renewable energy source. In addition, it is necessary that the internal power flows of the microgrid are balanced, also, when there is excess of generation and the batteries are already charged, the amount of generated power must be reduced in order to avoid damages to the batteries and to guarantee the life cycle. For this, one adopts the droop control strategy, which performs the control of the active power related to the frequency, and of the reactive power to the voltage, and thus, physical means of communication are dispensed. Simulations of several microgrid situations are executed to verify the performance of the developed controls Mestrado Engenharia Elétrica Mestre em Engenharia Elétrica CAPES 1443644

Orientador: Marcelo Gradella Villalva Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Durante o processo de conversão de energia elétrica a partir de um sistema fotovoltaico (SFV) é comum existirem perdas devido às condições não-uniformes causadas por sombreamento, sujeira, temperatura, entre outros fatores. Neste contexto, novas arquiteturas e dispositivos são estudados e projetados para compensar ou reduzir as perdas. Um desses dispositivos é o otimizador de potência para sistemas fotovoltaicos, que tem sido uma opção por trabalhar com o rastreamento da máxima potência do módulo fotovoltaico (FV) individualmente ou em pequenos grupos. A função desse dispositivo é realizada através de um conversor CC/CC e de um sistema de controle para rastreamento do ponto de máxima potência (MPPT). Em virtude da limitação e da ausência de estudos referentes aos otimizadores de potência, este trabalho realiza um estudo sobre otimizadores de potência e analisa o comportamento e o desempenho de sua aplicação. Para tanto, foram exercidas uma análise micro e uma análise macro sobre o tema. Na análise micro foi realizado o projeto de um otimizador de potência e sua dinâmica de funcionamento foi avaliada com a variação da irradiância nos módulos FV. Para isso, foram executadas simulações e a montagem experimental dos otimizadores de potência e de um inversor FV. Na análise macro foram realizadas simulações da aplicação de modelos de otimizadores disponíveis no mercado de SFV sob condições diversas e em diferentes locais. Desse modo, com a análise micro foi possível entender o comportamento dos circuitos otimizadores de potência, conhecer opções de topologias e suas limitações. Na análise macro os cenários testados apresentaram um desempenho superior da arquitetura com otimizadores em relação a arquitetura convencional de SFV. Os otimizadores mostraram ser uma excelente opção em situações com mismatch (discrepância de características ou condições operacionais dos módulos FV) de fabricação ou operação. Além disso, os otimizadores podem ser uma boa opção para locais em que é necessário mais segurança, maior facilidade na manutenção e monitoramento a nível de módulo FV Abstract: During the process of converting electric energy from a photovoltaic (PV) system, it is common to have losses due to non-uniform conditions caused by shading, dirt, temperature, among other factors. In this context, new architectures and devices are studied and designed to compensate or reduce losses. One of these devices is the power optimizer for PV systems, which is an option for working with the maximum power tracking for the PV module individually, or in small groups. The function of this device is performed through a DC/DC converter and a control system for maximum power point tracking (MPPT). Due to the limitation and absence of studies on power optimizers, the work surveys power optimizers and analyzes the behavior and performance of its application. To this end, it was proposed to do a micro-analysis and a macro-analysis on the topic. In the micro-analysis, the design of a power optimizer was performed, and its dynamics of operation were analyzed with the variation of irradiance in the PV modules. For this, simulations and experimental development of the power optimizers and a PV inverter were carried out. In the macro-analysis, simulations of the application of power optimizers available on the market in PV systems were carried out under different conditions and in different locations. Thus, with the micro-analysis, it was possible to understand the behavior of the power optimizing circuits, to know topology options, and limitations. In the macro-analysis, the tested scenarios showed superior performance of the architecture with optimizers concerning the conventional PV architecture. The optimizers proved to be an excellent option in situations with a mismatch (discrepancy in characteristics or operational conditions of the PV modules) of manufacture or operation. Besides, optimizers can be a good option for locations where more security, ease of maintenance, and monitoring at the PV module level is required Mestrado Energia Elétrica Mestre em Engenharia Elétrica Funcamp 2017/PA3032 CNPQ CAPES

Orientador: Marcelo Gradella Villalva Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: A presente proposta visa o estudo, modelagem e análise de técnicas de controle para conversores de potência em uma microrrede híbrida CA/CC que inclui uma unidade de armazenamento de energia à bateria e uma unidade de geração solar fotovoltaica. As microrredes híbridas CA/CC têm sido foco de pesquisas na última década devido ao fato de poderem conectar fontes de energia distribuídas em CA e CC com microrredes CA e CC, respectivamente, as quais por sua vez são interconectadas através de uma unidade de interligação, portanto o custo de instalação e as perdas de energia são reduzidas. Os conversores de potência são projetados de modo genérico, ou seja independente do hardware de implementação, para que possam operar como unidades de armazenamento, geração ou demanda em microrredes CA ou CC. Além disso, são analisados modelos aproximados e técnicas de controle para conversor de armazenamento baseado em baterias e conversor de geração baseado em módulos fotovoltaicos, bem como estratégias de controle para gerenciamento de potência e energia. As técnicas e estratégias de controle estudadas baseiam-se em métodos clássicos, portanto, as respostas desses métodos são comparadas com o intuito de verificar as vantagens e desvantagens dos métodos quando são usados em microrredes híbridas CA/CC. O funcionamento de cada conversor de potência é verificado experimentalmente, e a operação da microrrede híbrida CA/CC é validada através de simulações Abstract: The present proposal aims at the study, modeling and analysis of control techniques for power converters in a hybrid AC/DC microgrid that includes a battery-based energy storage unit and a solar photovoltaic generating unit. Hybrid AC/DC microgrids have been the focus of research in the last decade due to the fact that they can connect distributed energy resources in AC and DC with AC and DC microgrids, respectively, which in turn are interconnected through an interlinking unit, thus cost of installation and power losses are reduced. Power converters are designed in a generic manner, i.e. indepecdent of hardware implementation, so they can operate as storage, generating or demand units in both AC or DC microgrids. Besides that, approximate models and control techniques are analyzed for battery-based storage converter and photovoltaic-based generating converter, as well as control strategies for power and energy management. The studied control techniques and strategies are based on classical methods, thus the responses of these methods are compared with the intention of verifying the advantages and disadvantages of the methods when they are used in hybrid AC/DC microgrids. Operation of each power converter is verified through experimentation, and the complete operation of the hybrid AC/DC microgrid is validated through simulations Doutorado Energia Elétrica Doutor em Engenharia Elétrica CNPQ CAPES 33003017 FAPESP 2016/08645-9

Orientador: Luiz Carlos Kretly Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Circuitos eletrônicos adiabáticos pertencem a uma classe de topologia de circuitos eletrônicos que possibilita um consumo muito baixo de energia, por meio da aplicação de diversas estratégias, entre as quais a que se utiliza de alimentação alternada. Neste trabalho é realizado um estudo comparativo entre um contador binário adiabático e um contador binário convencional alimentado com tensão contínua. Três inovações são apresentadas: a criação de uma configuração simplificada nas entradas do segundo, terceiro e quarto estágios dos flip-flops que compõem o contador; a eliminação de buffers entre os estágios do contador; e a utilização de duas portas lógicas adiabáticas AND/NAND com apenas duas entradas após o segundo e o terceiro estágios do contador. São realizadas medições em bancada na estrutura de teste e no contador convencional. As medições em bancada têm limitações devido à complexidade do setup e devido às medidas sanitárias de isolamento social adotadas em virtude da pandemia da COVID-19. Em relação aos circuitos lógicos adiabáticos foram realizadas simulações utilizando como base o modelo C-PAL (Complementary Pass-transistor Adiabatic Logic). O circuito lógico sequencial desenvolvido é um contador binário de quatro bits utilizando como alimentação quatro geradores de tensão senoidal (AC-clocked power supply) com defasagens a 90 graus, amplitude de 0,9 V e off-set de 0,9 V. O projeto é desenvolvido com a proposta de análise operacional e redução do consumo de potência. O objetivo das simulações preliminares é definir uma nova forma de utilização dos sinais pulsados do sistema de alimentação, necessária devido às inovações implementadas. A potência elétrica entregue pelo sistema de alimentação ao contador binário adiabático é obtida na faixa de frequências de 20 a 700 MHz, permitindo realizar a comparação com um contador binário convencional alimentado com tensão contínua de 1,8 V. Os resultados obtidos mostram que o contador binário adiabático apresenta melhor desempenho em consumo de potência na faixa de frequências entre 225 e 700 MHz, com redução de 21% no número de transistores utilizados, proporcionando redução de 28% da área ocupada no silício. O melhor resultado é obtido na frequência de 650 MHz com o contador binário adiabático consumindo 59,6% da potência consumida pelo contador convencional. O projeto do circuito integrado, bem como as simulações, foi elaborado no ambiente Cadence Virtuoso utilizando o TSMC018 (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company 180 nm) PDK (Process Design Kit) MS/RF (Mixed Signal/RF). O circuito integrado fabricado possui quatro blocos: além dos dois contadores, adiabático e convencional, foram construídos uma estrutura de teste (oscilador em anel) e um circuito auxiliar para adaptar sinais digitais convencionais (nível lógico 0 e 1) às entradas do contador adiabático. Abstract: Adiabatic electronic circuits belong to a class of electronic circuits topology that enables very low energy consumption through the application of several strategies, among which the one that uses alternating power supply. In this work, a comparative study is carried out between an adiabatic binary counter and a conventional binary counter powered with constant voltage. Three innovations are presented: the creation of a simplified configuration at the inputs of the second, third, and fourth stages of the flip-flops that make up the counter; the elimination of buffers between the stages of the counter; and the use of two adiabatic AND / NAND logic gates with only two inputs, each one after the second and the third stages of the counter. Experimental measurements are made on the test structure and on the conventional binary counter. The experimental measurements have limitations due both to the complexity of the setup and the sanitary actions of social distancing adopted due to the COVID-19 pandemic. In relation to adiabatic logic circuits, simulations were performed using the C-PAL (Complementary Pass-transistor Adiabatic Logic) model. The sequential logic circuit developed is a four-bit binary counter using as power supply four sinusoidal alternating voltage generators (AC-clocked power supply), 90-degree phase-shifted, with a 0.9-V amplitude and a 0.9-V off-set. The developed project proposal is operational analysis and power consumption reduction. The purpose of the preliminary simulations is to define a new configuration for the pulsed signals of the AC-clocked power supply in order to comply with the implemented innovations. The electrical power delivered by the supply system to the adiabatic binary counter is obtained in the frequency range from 20 to 700 MHz, allowing the comparison to be made with a conventional binary counter powered with 1.8 V constant voltage. The obtained results show that the adiabatic binary counter presents better power consumption performance in the frequency range between 225 and 700 MHz, with 21% reduction in the number of transistors, providing 28% reduction in the silicon area occupation. The best result is obtained at the frequency of 650 MHz with the adiabatic binary counter consuming 59.6% of the power consumed by the conventional counter. The integrated circuit design, as well as the simulations, was developed in Cadence Virtuoso using TSMC018 (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company 180 nm) PDK (Process Design Kit) MS/RF (Mixed Signal/RF). The manufactured chip contains four blocks: in addition to the adiabatic and conventional counters, a test structure (ring oscillator) and an auxiliary circuit have been built. The latter having the purpose of converting the conventional digital signals (logic level 0 and 1) into appropriate inputs for the adiabatic counter. Doutorado Telecomunicações e Telemática Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Ernesto Ruppert Filho Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Neste trabalho de pesquisa de doutorado investigou-se a operação de duas tecnologias em discussão atualmente em sistemas de energia elétrica: as microrredes elétricas de corrente contínua (CC) integradas à rede de distribuição convencional em corrente alternada (CA) e o gerador de relutância variável (GRV) para aplicação em um sistema eólico de geração distribuída de pequeno porte. O foco da abordagem realizada neste trabalho consiste no estudo do gerenciamento de potência dentro da microrrede CC, considerando o fluxo bidirecional estabelecido pela fonte renovável de energia elétrica, cargas locais, um sistema de armazenamento de energia (SAE) formado por bancos de baterias, e a integração com a rede elétrica CA de distribuição. As principais técnicas de gerenciamento de potência (power management systems - PMS) em microrredes CC são comparadas qualitativamente para embasar a escolha da estratégia de controle utilizada neste sistema em estudo. Propõe-se uma técnica de gerenciamento de potência do tipo mestre-seguidor baseada em inércia virtual para o sistema de armazenamento de energia, o que garante maior flexibilidade e autonomia para a microrrede CC em estudo. Em caso de falha na linha de comunicação, uma estratégia de droop modificado é utilizada como suporte para aumento da confiabilidade do sistema. Este trabalho propõe ainda a otimização do desempenho do GRV para aplicações em sistemas eólicos. A otimização é realizada através da escolha adequada dos parâmetros de controle da máquina elétrica, utilizando a técnica de planejamento de experimentos computacionais, com objetivo de maximizar a eficiência da geração e reduzir a ondulação de torque eletromagnético. Mostra-se que o uso do GRV na microrrede introduz componentes de distorção não desejadas no barramento CC. As frequências dessas componentes são propagadas nas correntes elétricas injetadas na rede de distribuição, reduzindo a qualidade da energia elétrica do sistema. Um conversor CC-CC bidirecional de interface é utilizado para obter o desempenho ótimo do GRV conectado à microrrede CC, bem como para mitigar parte das distorções de tensão causadas pela conexão do GRV. Os resultados experimentais apresentados neste texto validam a aplicabilidade do sistema de gerenciamento de potência proposto para microrredes CC operando no modo conectado à rede elétrica de distribuição. Além disso, os resultados obtidos indicam que o sistema eólico com GRV otimizado, utilizando o conversor de interface, apresenta desempenho superior em relação à estratégia convencional de conexão direta, comumente encontrada na literatura. Com os estudos realizados nesta tese, espera-se contribuir para a viabilidade técnica da integração de geração eólica distribuída com GRV em microrredes de corrente contínua, com o intuito de aprimorar os sistemas modernos de distribuição de energia elétrica Abstract: This Ph.D. thesis investigates the operation of two emergent technologies: the DC microgrids integrated into the AC utility grid and the switched reluctance generator (SRG) for application in small wind systems as distributed generation. The approach in this thesis is the study of the power management inside the DC microgrid, considering the bidirectional power flow established by the renewable energy resource, local loads, energy storage system, and the microgrid integration to the AC utility grid. The main power management techniques for DC microgrids are benchmarked to base the choice of the control strategy applied to the system under study. A master-follower power management strategy based on virtual inertia is proposed for the energy storage system, which returns to the microgrid increased flexibility and autonomy. In the event of a communication line failure, an adaptive droop strategy is applied as a backup to improve the system's reliability. Another proposal is the SRG performance optimization for wind systems application using the optimal control parameters obtained through the technique called design of computational experiments. The goal is to maximize the generator efficiency and reduce the electromagnetic torque ripple. It is shown that the SRG connection to the microgrid introduces undesired distortion components into the DC bus. These frequency components are propagated to the electric currents injected into the utility grid, thus reducing the system power quality. A bidirectional DC-DC interface converter is used to obtain the SRG optimum performance when connected to the microgrid. Moreover, the interface converter adds a filter functionality to mitigate part of the undesired frequency components. The experimental results presented in this thesis validate the proposed power management applicability. In addition, the obtained results indicate that the SRG wind system using the interface converter returns better performance compared to the conventional direct connection approach Doutorado Energia Elétrica Doutor em Engenharia Elétrica FAPESP 2017/21087-8

Orientador: Marcelo Gradella Villalva Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: The energy generated by a photovoltaic system varies according to climatic changes such as irradiance and temperature. Thus, obtaining reliable meteorological and irradiance data is one of the most important steps in the performance analysis of photovoltaic systems. Non-accurate irradiance information leads to a significant increase in uncertainties in the final energy output. This occurs not only due to imprecisions of the input data but also due to the progressive increase of uncertainties in the conversion of the irradiance from the horizontal plane to the inclined surface of the photovoltaic modules. Thus, the objective of this work is to evaluate the accuracy of several solar irradiance modeling methods, such as the decomposition models of Erbs, DISC and DIRINT, Liu and Jordan, Klucher, Hay and Davies, Reindl and Perez transposition models, and a simplified analysis of the hourly synthesis model of Aguiar and Collares-Pereira. The models were implemented in Python and are part of the design and simulation tool of Photovoltaic Systems Connected to the Electrical GRID (SFCRE) that is being developed. The results of the hourly synthesis, decomposition and transposition models were compared with irradiance data measured in Golden, Colorado, by NREL, and the results of the energy estimation were compared with energy data collected in Araçariguama - SP. The results showed that different databases present irradiance variations for the same locality. The combination of the DIRINT decomposition model and Perez transposition model showed the best results for the Golden locality, with a mean error of -1.61% and mean square error of 3.18% per year. In general, the developed tool presented satisfactory results for the simulation of photovoltaic systems and the estimation of energy generated, compared to measured energy data and simulation results using PVSYST®. The mean square error of the simulation results compared to the PVSYST ® using the Perez transposition model was 2.52%, and 6.94% compared to measured data Abstract: The energy generated by a photovoltaic system varies according to climatic changes such as irradiance and temperature. Thus, obtaining reliable meteorological and irradiance data is one of the most important steps in the performance analysis of photovoltaic systems. Non-accurate irradiance information leads to a significant increase in uncertainties in the final energy output. This occurs not only due to imprecisions of the input data but also due to the progressive increase of uncertainties in the conversion of the irradiance from the horizontal plane to the inclined surface of the photovoltaic modules. Thus, the objective of this work is to evaluate the accuracy of several solar irradiance modeling methods, such as the decomposition models of Erbs, DISC and DIRINT, Liu and Jordan, Klucher, Hay and Davies, Reindl and Perez transposition models, and a simplified analysis of the hourly synthesis model of Aguiar and Collares-Pereira. The models were implemented in Python and are part of the design and simulation tool of Photovoltaic Systems Connected to the Electrical GRID (SFCRE) that is being developed. The results of the hourly synthesis, decomposition and transposition models were compared with irradiance data measured in Golden, Colorado, by NREL, and the results of the energy estimation were compared with energy data collected in Araçariguama - SP. The results showed that different databases present irradiance variations for the same locality. The combination of the DIRINT decomposition model and Perez transposition model showed the best results for the Golden locality, with a mean error of -1.61% and mean square error of 3.18% per year. In general, the developed tool presented satisfactory results for the simulation of photovoltaic systems and the estimation of energy generated, compared to measured energy data and simulation results using PVSYST®. The mean square error of the simulation results compared to the PVSYST ® using the Perez transposition model was 2.52%, and 6.94% compared to measured data Mestrado Energia Elétrica Mestra em Engenharia Elétrica Funcamp

Orientador: Marcelo Gradella Villalva Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: O rápido crescimento do mercado de energia solar requer a implantação de equipamentos capazes de fornecer medições precisas dos módulos fotovoltaicos, seja para verificar o funcionamento da instalação ou encontrar problemas ocasionais. Neste cenário, destaca-se o traçador de curva I-V (curva de corrente versus tensão), utilizado para descrever o comportamento elétrico do sistema fotovoltaico através de todas as possibilidades de operação de corrente e tensão. No entanto, esse equipamento tem um custo elevado para pequenos instaladores. Neste trabalho, são apresentados o desenvolvimento e os resultados experimentais de um traçador de curva I-V, capaz de fazer medições de corrente, tensão e potência de até 10 A, 600 V e 1 kW respectivamente, com boa precisão (1 % em toda a faixa de medição para cada um desses parâmetros elétricos), utilizado para examinar e caracterizar módulos e strings fotovoltaicas, contribuindo com um equipamento para testes de instalações fotovoltaicas de geração distribuída de energia elétrica. Para tanto, são apresentadas as características principais de uma fonte fotovoltaica, uma revisão bibliográfica dos métodos mais comuns para obter as curvas I-V e uma comparativa entre esses métodos. Posteriormente, foram definidas as características que deve ter o equipamento proposto, o qual está baseado em uma carga eletrônica. Foram feitas as simulações para o controle do dispositivo utilizado como carga variável e foram projetados e construídos os circuitos de aquisição e de potência. Além disso, foi implementado o software do sistema embarcado, que inclui a interface homem-máquina e os procedimentos para tratar os dados adquiridos. Foram feitos testes de funcionamento, calibração e testes de campo sob diferentes condições, utilizando como referência um equipamento comercial. Os resultados obtidos pelo protótipo desenvolvido foram favoráveis, pois o erro de comparação no ponto da potência máxima para os dados obtidos depois do processamento (transferido para a condição de teste padrão) foi menor de 0.9 %. Finalmente, também são propostas as melhorias necessárias para futuros desenvolvimentos Abstract: The rapid growth of the solar energy market requires the insertion of equipment capable of providing accurate measurements of the photovoltaic modules, either to verify the operation of the installation or to find occasional problems. In this scenario, the I-V curve tracer (current versus voltage curve) is used to describe the electrical behavior of the photovoltaic system through all possibilities of current and voltage operation. However, this equipment has a high cost for small installers. This work presents the development and experimental results of an I-V curve tracer, capable of making current, voltage and power measurements up to 10 A, 600 V and 1 kW respectively, with good accuracy (1 % over the entire measurement range for each of these electrical parameters), used to examine and characterize photovoltaic modules and strings, contributing with equipment to test photovoltaic installations of distributed generation of electric energy. For this, the main characteristics of a photovoltaic source, a bibliographical review of the most common methods to obtain the I-V curves and a comparison between these methods are presented. Subsequently, the characteristics of the proposed equipment, which is based on an electronic load, were defined. Simulations were done to control the device used as variable load and the acquisition and power circuits were designed and built. In addition, embedded software has been implemented, which includes the human-machine interface and the procedures for processing the acquired data. Functioning, calibration and field tests were performed under different conditions, using commercial equipment as a reference. The results obtained by the developed prototype were favorable because the comparison error at the maximum power point for the data obtained after processing (moved to standard test condition) was smaller than 0.9 %. Finally, we also proposed the improvements needed for future developments Mestrado Energia Elétrica Mestre em Engenharia Elétrica CAPES, PROEX 0487

Orientador: Luiz Carlos Pereira da Silva Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: A compreensão da fatura de energia elétrica ocorre, muitas vezes, somente naquele momento quando a expectativa de custo não alcança o esperado para aquele mês. Mesmo lendo e relendo a conta sempre vem aquela pergunta: `para onde foi tanta energia?¿. Ainda assim, mesmo sem dados suficientes, os usuários começam aquela busca pelos motivos de tanto gasto "inesperado". Neste sentido, com o objetivo de melhorar a informação recebida pelo consumidor, propondo-lhe eficiência energética através de informes relevantes, como por exemplo: o consumo por equipamento, quais eletrodomésticos estão obsoletos ou com mal funcionamento e dicas de consumo eficiente; a UNICAMP em conjunto com a CPFL Paulista (distribuidora de energia elétrica) firmaram um projeto de Pesquisa e Desenvolvimento, intitulado: "PA3020 - Desagregação do Consumo de Energia Elétrica em Consumidores Residenciais"; que visa estudar e propor métodos de monitoramento do consumo de energia que possibilitem o detalhamento do uso por carga elétrica e seu comportamento. Dentre os métodos já estudados, o mais promissor é o monitoramento concentrado ou monitoramento não intrusivo (NILM em inglês), baseado em uma única medição das grandezas elétricas, diretamente no ramal de entrada da residência. Neste contexto e inserido no projeto mencionado, este trabalho visa demonstrar a arquitetura de desagregação desenvolvida no PA3020 e seus resultados no contexto residencial, porém acrescentando a geração solar fotovoltaica (FV) como variável. Por ser um tema pouco comentado na literatura e de grande relevância, tendo em vista o crescimento da geração distribuída, analisar os possíveis impactos de ambas tecnologias na mesma residência (NILM e geração FV) se tornam importantes no contexto das smart grids. Para isso, este projeto se baseou no uso de uma plataforma de desagregação, desenvolvida no PA3020, que contempla: bancos de dados de curvas de carga, de 10 residências, sendo uma com geração FV; metodologias NILM (detecção de eventos, reconhecimento de eventos e estimação do consumo); base de dados de assinaturas elétricas de equipamentos, totalizando mais de 100 aparelhos medidos; e um cliente web para visualização das curvas de cargas e resultados de simulações. As análises foram realizadas em três estágios: o primeiro, compreende na verificação do impacto da geração FV na curva de carga e na validação dos métodos de detecção de eventos liga/desliga de equipamentos; subsequentemente, o segundo estágio explora a detecção em conjunto com a fase de reconhecimento de eventos; e por último, no terceiro estágio temos a compilação dos resultados anteriores com a estimação do consumo. Como esperado, as simulações demonstram uma correlação entre a desagregação e as condições climáticas da geração FV, isto é, em dias com poucas nuvens é possível detectar as cargas de maior potência e com alta representatividade no consumo final. Porém, conforme o aumento de nuvens e chuvas, a assertividade da desagregação diminui no período da geração FV. Concluindo, este trabalho apresenta uma revisão analítica sobre o tema de desagregação do consumo de energia elétrica, de maneira não intrusiva, com levantamento da influência da geração solar fotovoltaica na decomposição da curva de carga total em equipamentos eletrodomésticos Abstract: Understanding the electricity bill often occurs only when cost expectation did not reach the prospective for that month. Even reading and re-reading the account, we always come up with the question: 'where was spent so much energy?' Still, even without enough data, users begin to search the reasons of those "unexpected" spending. In this regard, in order to improve the information received by the consumer, offering energy efficiency through relevant reports, such as: equipment consumption, which appliances are obsolete or malfunctioning and efficient consumer tips; UNICAMP together with CPFL Paulista (utility company) signed a Research and Development project, entitled: "PA3020 - Electricity Consumption Breakdown in Residential Consumers"; which aims to study and propose energy consumption monitoring methods that allow the detailed use of electric charge and its behaviour. Among the methods already studied, the most promising is concentrated monitoring or non-intrusive load monitoring (NILM), based on a single smart meter, directly at the residence entrance branch. In this context and inserted in the mentioned project, this work aims to demonstrate the disaggregation architecture developed in PA3020 and its results in residential context but adding solar photovoltaic (PV) generation as a new variable. Being a subject, little discussed in literature and with great importance in view of distributed generation growth, the analysis of the technology¿s potential impacts in same household (NILM and PV generation) become important in smart grids context. So, this project was based on a disaggregation platform, developed in PA3020, which includes: load curves databases, in 10 residences, one with PV generation; NILM methodologies (event detection, event recognition and consumption estimation); electrical equipment signatures database, totalling more than 100 measured devices; and a web client for visualizing load curves and simulation results. The analyses were carried out in three stages: the first one comprises the verification of PV generation impact on load curve and equipment on/off event detection methods validation; subsequently, the second stage exploits the detection in conjunction with the event recognition phase; and finally, in third stage we have the compilation of previous results with consumption estimation. As expected, the simulations demonstrate a correlation between the disaggregation and the climatic conditions of the PV generation, that is, in days with few clouds it is possible to detect the loads of with high power demand and with high representativeness in the final consumption. However, as cloud and rainfall increases, the assertiveness of the disaggregation decreases during the PV generation period. In conclusion, this work presents an analytical review on the subject of power consumption disaggregation, non-intrusive way, a survey of the solar photovoltaic generation influence in the decomposition of total load curve apparatuses equipment Mestrado Energia Elétrica Mestre em Engenharia Elétrica CAPES

Orientador: Marcelo Gradella Villalva Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Este trabalho apresenta uma contribuição à pesquisa e desenvolvimento de circuitos integrados de potência inteligentes (Smart Power) robustos à interferência de RF (RFI) dedicados principalmente ao controle de conversores de energia de potência e inversores elétricos e projetados para atender padrões internacionais de compatibilidade eletromagnética (EMC). O objetivo principal da pesquisa é apresentar uma nova metodologia de análise da suscetibilidade a interferência de RF (EMS), através de um projeto com maior robustez, analisando-se as principais técnicas para a sua mitigação, predição e simulação. São apresentados estudos teóricos sobre suscetibilidade em circuitos mistos (envolvendo analógicos, digitais e de potência), abordando-se o problema do efeito da interferência sobre circuitos não lineares para análises de pequenos e grandes sinais, com análises envolvendo Taylor, e Volterra-Wiener, dentre outras. Como uma ferramenta de análise é apresentado um novo método de análise de interferência (interferência complexa) e seu algoritmo, permitindo uma rápida simulação e predição do estado final, permitindo ainda a introdução de efeitos não modelados ou disponíveis nos simuladores. São apresentados resultados experimentais com testes de interferência de RF realizados em circuitos integrados de teste projetados em tecnologia CMOS 0.25u, 0.35u e 0.6u das Foundries AMS e XFAB, além de testes com chaves de potência WBG. Para o estudo de interferência foram considerados vários estudos de caso, de circuitos Smart Power, incluindo um sistema inversor de 1kW usando chaves de potência SiC/GaN, sendo apresentados modelamentos, simulações e resultados de testes de interferência em laboratório usando a metodologia DPI, sendo proposto um novo método de teste, FRA-DPI Abstract: This work presents a contribution to the research and development of robust smart power integrated circuits to the RF interference (RFI) mainly dedicated to control of energy power converts and electric inverters, designed to meet international standards for electromagnetic compatibility (EMC). The main objective of the research is to present a new methodology of susceptibility analysis to RF interference (EMS), through a design with greater robustness, analyzing the main techniques for its mitigation, prediction and simulation. Theoretical studies on susceptibility in mixed circuits (involving analogue, digital and power) are presented, addressing the problem of the interference effect on nonlinear circuits for small and large signal analysis, with analysis involving Taylor and Volterra-Wiener, among others. As an analysis tool, a new method of interference analysis (complex interference) and algorithm is presented, which allows the fast simulation and prediction of the final state, allowing yet the introduction of effects not modeled or available in the simulators. Experimental results are presented with RF interference tests performed on integrated test circuits designed in CMOS 0.25u, 0.35u and 0.6u technology from Foundries AMS and XFAB, in addition to tests with WBG power switches. For the interference study, several case studies of Smart Power circuits were considered, including a 1kW inverter system using SiC/GaN power switches, with modeling, simulations and results of interference tests in the laboratory using the DPI methodology, being presented a new test method, FRA-DPI Doutorado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Doutor em Engenharia Elétrica CNPQ

Orientador: Marcelo Gradella Villalva Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Os métodos de detecção de ilhamento (MDIs) têm sido implementados por várias abordagens. Eles são divididos em métodos locais ou remotos. Os métodos locais são divididos em passivos e ativos. Os métodos passivos utilizam variáveis medidas do ponto de acoplamento comum (PAC) sem danos à rede elétrica. No entanto, os métodos ativos incluem perturbações intencionais como ponto de partida para a correta detecção de ilhamento. Nesse trabalho, os métodos ativos se tornaram o principal foco de estudo por se mostrarem mais robustos na detecção de ilhamento para multiplicidade de inversores. Várias técnicas foram estudadas, simuladas e comprovadas experimentalmente. Suas vantagens e desvantages foram analisadas para que o método de detecção de ilhamento proposto fosse implementado. O método proposto se baseia na perturbação intencional da tensão do elo CC para oscilar a tensão do PAC e, assim, identificar o ilhamento não desejado por meio de um algoritmo de detecção de ilhamento. O MDI proposto foi comprovado em simulação e em bancada experimental composta por 1, 2, 3 e 4 inversores conectados em paralelo. Vários testes foram feitos para garantir seu funcionamento. Notou-se que cada método estudado tem suas limitações, quando operado em paralelo com outros inversores e o MDI proposto operou satisfatoriamente para o estudo de caso de 4 inversores FV Abstract: Islanding detection methods (IDMs) have been implemented through several approaches. They are subdivided into local or remote methods. Local methods are divided into passive and active. Passive methods use variables measured from the common coupling point (PCC) without damage to the power grid. However, active methods include intentional disturbances as a starting point for correct islanding detection. In this work, active methods have become the main focus of study as they are more robust in detecting islanding for a multi-inverters case. Various techniques have been studied, simulated and experimentally tested. Their advantages and disadvantages were analyzed so that the proposed islanding detection method could be implemented. The proposed method is based on the intentional disturbance of the DC link voltage to oscillate the PCC voltage and thus identify the unwanted islanding through an islanding detection algorithm. The proposed IDM was proven in simulation and on an experimental setup for 1, 2, 3 and 4 photovoltaic (PV) inverters connected in parallel. Several tests were carried out to guarantee its functionality. It was noted that each studied method has its limitations when operated in parallel with other PV inverters and the proposed IDM successfully operated for the case study of four PV inverters Doutorado Energia Elétrica Doutor em Engenharia Elétrica CAPES 88882.329412/2019-01

Orientadores: José Antenor Pomilio, João Onofre Pereira Pinto Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Este trabalho propõe uma estratégia para reduzir os efeitos do sombreamento parcial em sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica. Para atingir esse objetivo, foi selecionado um inversor multiníveis ponte-H em cascata de sete níveis operando como fonte de tensão. O balanço de energia foi obtido através da modulação de largura de pulso por deslocamento de fase, o que permitiu o rastreamento de energia individual de cada nível. Dentre as características deste projeto, se destaca o uso de um controlador droop como responsável pelo sincronismo, conexão e transferência de potência. Observou-se que existe uma relação entre as tensões dos arranjos fotovoltaicos e a capacidade de transmissão de energia, uma vez que a tensão de cada nível deve ser somada para se obter a tensão total de saída. Agregado a essa restrição, verificou-se também o desafio de controlar o fluxo de potência através da planta numa topologia de único estágio de conversão de energia e ainda manter o nível de tensão de saída do conversor mediante bruscas oscilações de irradiância. Para tanto, foi proposto controlar a transferência de potência a partir do monitoramento da tensão de saída. Neste trabalho, são apresentados tanto os resultados de simulação para uma planta virtual quanto os resultados experimentais com uma planta fotovoltaica real. Optou-se por avaliar o sistema para condições de operação mais severas que as comumente apresentadas na literatura. Sendo assim, o desempenho do sistema de controle foi avaliado mediante cenários com ampla variação de sombreamento parcial, sombreamento total e variação da irradiância. Os resultados foram satisfatórios e abrem oportunidades para futuras pesquisas no sentido de melhorar a sintonia dos controladores ou se valer de técnicas não-lineares ou meta-heurísticas para auxiliar o desempenho dos mesmos Abstract: This work proposes a strategy to reduce the effects of partial shading in grid-connected photovoltaic systems. To achieve this goal, it was used a seven levels cascaded H-bridge multilevel inverter operating as a voltage source. The energy balance among levels were reached by the phase-shifted pulse width modulation, which allowed the power tracking of each photovoltaic array individually. Among the features of this project, it stands out the droop controller based synchronism, grid-connection, and power transfer control. It was noticed that there is a relationship between the photovoltaic arrays voltages and the power transfer capacity, since the voltage of each level must be added to get the total output voltage. During the abrupt irradiance oscillations, there was the additional challenge of controlling the power flow across the single-stage topology while the inverter output voltage should be maintained. In order to deal with this difficulty, it was proposed to control the power transfer from the monitoring of the inverter output voltage. In this work, the simulation results for a virtual plant and the experimental results with a real photovoltaic plant are presented. It was decided to assess the system for operating conditions sterner than those commonly presented in the literature. Thus, the control system performance was evaluated covering a wide range of partial shading situations, some full shading conditions, and also harsh irradiation variations. The results were satisfactory and they open opportunities for future lines of research to improve the tuning of controllers or make use of non-linear or meta-heuristics techniques to help out their performance Doutorado Energia Elétrica Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Marcelo Gradella Villalva Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Este trabalho apresenta o projeto e a implementação de um protótipo de sistema para a aquisição e a análise de dados medidos durante a operação de máquinas eletromecânicas. O objetivo principal do trabalho é criar uma alternativa de baixo custo às soluções existentes na indústria para a avaliação do estado e da previsão de falhas em sistemas eletromecânicos. Além do sistema de hardware, foi desenvolvida uma interface gráfica para a exibição dos dados obtidos com medições. As medições e as análises permitem identificar defeitos ou possíveis falhas nos sistemas. Um sistema experimental composto por um motor elétrico, no qual um defeito foi intencionalmente produzido, foi usado como base para estudos Abstract: This work presents the design and implementation of a prototype system for the acquisition and analysis of data measured during the operation of electromechanical machines. The main objective of the work is to create a low cost alternative to existing solutions in the industry for the evaluation of the state and the prediction of failures in electromechanical systems. In addition to the hardware system, a graphical interface was developed to display the data obtained with measurements. Measurements and analyzes make it possible to identify defects or possible failures in the systems. An experimental system consisting of an electric motor, in which a defect was intentionally produced, was used as a basis for studies Mestrado Energia Elétrica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Marcelo Gradella Villalva Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Os sistemas híbridos de energia tem atraído o uso de consumidores dentro e fora da rede elétrica por dispor de aspectos de confiabilidade, sustentabilidade e agregar o uso de múltiplas fontes como de sistemas de energia solar, sistemas eólicos, redes elétricas interligadas e grupo geradores a diesel. Apesar desses sistemas terem atingido certo grau de maturidade, as pesquisas a cerca desse tema em relação aos estudos de dimensionamento, desempenho, controle e gerenciamento dos sistemas continuam sendo atuais por diversos motivos, como a diminuição de emissão de gases de efeito estufa, a popularização de geração distribuída, a inserção de novas cargas como veículos elétricos e a universalização da energia elétrica. Nesta dissertação é abordado dois estudos de caso sobre sistemas híbridos conectados à rede e autônomos utilizando a ferramente de modelagem Homer Energy com o uso de cargas típicas residenciais e de veículos elétricos. O primeiro caso é um sistema fotovoltaico-diesel na Reserva Extrativista Tapajós-Arapiuns e o segundo caso trata do sistema fotovoltaico-bateria conectado à rede para a alimentação de um eletroposto do projeto de mobilidade elétrica da UNICAMP. As simulações apresentam para ambos os casos resultados sobre balanço energético, validação e participação dos recursos energéticos, perfomance dos componentes e viabilidade técnica dos projetos Abstract: Hybrid power systems have attracted the use of consumers on and off the grid because of their reliability, sustainability and aggregate use of multiple sources such as solar power systems, wind power systems, interconnected power grids, and diesel generator sets. Although these systems have reached a certain degree of maturity, research on this topic about systems sizing, performance, control, and management studies is still current for several reasons, such as the reduction of greenhouse gas emissions, popularization. distributed generation, the insertion of new loads such as electric vehicles and the universalization of electric energy. This dissertation discusses two case studies on autonomous and grid-connected hybrid systems using the Homer Energy modeling tool using typical residential loads and electric vehicles. The first case is a photovoltaic-diesel system in the Tapajós-Arapiuns Extractive Reserve and the second case deals with the photovoltaic battery system connected to the grid to power an charging station from the UNICAMP electric mobility project. The simulations present for both cases results on energy balance, validation, and participation of energy resources, the performance of the components and technical viability of the projects Mestrado Energia Elétrica Mestra em Engenharia Elétrica CAPES 88882.329359/2019-01

Orientador: Luiz Carlos Kretly Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: O objetivo deste trabalho é investigar através da reflectometria no domínio do tempo (TDR): a assinatura eletrônica de conexões de barramento em formato de fita e fio em células solares e também os defeitos não-visuais no módulo solar durante o processo de fabricação. Atualmente, é comum no mercado de FV usar o barramento de fita no processo de montagem de módulos solares, em vez do barramento de fios, a ideia de usar a Formato circular é diminuir o sombreamento efetivo em comparação com a Formato retangular do barramento de fita. Além disso, a tecnologia de fios poderia empregar diferentes materiais, tal como o cobre. Outra aplicação no processo de montagem de módulos solares para verificar defeitos não-visuais, hoje em dia é comum usar a técnica de eletroluminescência para detectar defeitos de conexão de barramento, mas defeitos não visíveis, como solda fria, não podem ser detectados. Portanto, o TDR pode ser usada como uma técnica complementar na inspeção de defeitos nas conexões de barramento dos módulos e células solares. As simulações e medidas do TDR apresentadas neste trabalho podem ser uma ferramenta muito poderosa para identificar a assinatura elétrica das conexões de barramentos em geral para diferentes tecnologias de células solares para fins de fabricação e reconstrução Abstract: The objective of this work is to investigate through time domain reflectometry (TDR): the electronic signature of busbar connections in tape format and wire in solar cells and non-visual defects in solar module during manufacturing process. It is currently common in the PV market to use ribbon busbar in the lamination process rather than the wire busbar, the idea of circular shape is to decrease effective shading compared to the rectangular shape of the busbar of tape. In addition, wire technology could employ different materials like cooper. Also could applicable in the solar module assembly process to check defects non visual, nowadays it common uses the electroluminescence technique to detect bus connection defects, but non-visible defects, such as cold solder cannot be detected. Therefore, TDR inspection can be used as a complementary technique in the inspection of defects in the busbar connections. The TDR simulations and measurements presented here can be a very powerful tool to identify the electric signature of the general network connections in different solar cell technologies, bulk materials for R & D and manufacturing purposes Mestrado Telecomunicações e Telemática Mestre em Engenharia Elétrica CAPES 88882.329401/2019-01 Funcamp 5293.1/18

Orientador: Marcelo Gradella Villalva Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Sistemas de geração fotovoltaica têm sido explorados como uma solução para atender à crescente demanda por eletricidade de uma fonte limpa e renovável. No entanto, a baixa eficiência de conversão de energia dos painéis fotovoltaicos é um dos fatores que dificultam a competitividade dessa fonte de energia em relação às demais. Seguidores solares são usados para melhorar o desempenho de sistemas fotovoltaicos, entretanto, eles têm custo de instalação e manutenção mais altos. Em razão disso, este trabalho apresenta uma análise econômica comparativa entre sistemas fotovoltaicos fixos e sistemas com seguidores solares. A estratégia de rastreamento mais utilizada em usinas fotovoltaicas de seguidores solares utiliza algoritmos para calcular a posição do sol. Este trabalho realizou uma análise estatística de seis algoritmos: Grena 1-5 e SPA. O algoritmo que apresentou menor erro de vetor solar foi o SPA, onde em 99% das amostras, os erros de vetor solar encontram-se abaixo de 0,17°. Com o intuito de avaliar a influência da precisão dos algoritmos na geração de energia, foram realizadas estimativas de geração de energia com a utilização dos seis algoritmos no rastreamento do seguidor solar, por meio da ferramenta PVLIB. Para todas as localidades simuladas, o SPA apresentou resultados de energia gerada mais próximos do cenário ideal. Porém, os demais algoritmos apresentaram diferenças inexpressivas entre si, o que permite concluir que qualquer um dos algoritmos pode ser utilizado sem implicar em perdas significativas de energia Abstract: Photovoltaic generation systems have been explored as a solution to meet the growing demand for electricity from a clean and renewable source. However, the low energy conversion efficiency of photovoltaic panels is one of the factors that hamper the competitiveness of this energy source in relation to the others. Solar trackers are used to improving the performance of photovoltaic systems. However, they have higher installation and maintenance costs. For that reason, this work presents a comparative economic analysis between fixed photovoltaic systems and systems with solar trackers. The most commonly used tracking strategy in photovoltaic solar tracking plants uses algorithms to calculate the sun position. This work performs a statistical analysis of six algorithms: Grena 1-5 and SPA. The algorithm that presented the smallest solar vector error was the SPA, where, in 99% of the samples, the solar vector errors are below 0.17°. Energy generation estimation was performed using the six algorithms in solar tracking to evaluate the influence of the accuracy of the algorithms on energy generation, using the PVLIB tool. For all simulated localities, the SPA presented results of energy generated closer to the ideal scenario. However, the other algorithms presented inexpressive differences between them, which allows concluding that any of the algorithms can be used without implying significant energy losses Mestrado Energia Elétrica Mestra em Engenharia Elétrica CAPES 88882.329377/2019-01

Orientador: Marcelo Gradella Villalva Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Esta tese de mestrado descreve o uso de um sistema híbrido de energia (HESS), composto de um banco de baterias e de capacitores eletroquímico (EC) como principais fontes de energia e um conversor DC-DC bidirecional entrelaçado de múltiplas entradas para fornecer energia a um ônibus elétrico urbano. Com uma estratégia de controle que divide em frequências de corte diferentes, quando cada fonte de energia irá atuar de acordo com a demanda da carga do motor, é possível utilizar o EC para rápidas variações na demanda da carga, enquanto a bateria é usada como uma fonte de potência média. Foi utilizado um ciclo de perfil de velocidade padrão da norma SAE J2711, o ciclo Manhattan, que foi utilizado para definir o perfil de carga a ser utilizado para a simulação do HESS. Com o perfil de carga, foi possível determinar a corrente de carga. Na simulação, foi definido utilizar como carga uma fonte de corrente, ao invés de um motor elétrico e seu inversor, porque o objetivo é o estudo do conversor DC-DC. Após a definição da corrente da carga, determinou-se o consumo de potência e o dimensionamento da bateria e do EC foi realizado. Então a frequência de chaveamento foi determinada e o cálculo térmico dos transistores foi feito para assegurar sua possibilidade de aplicação. A frequência de chaveamento definida foi de 20kHz e com isso foi possível de se definir a quantidade de transistores necessária para se trabalhar adequadamente. A análise FFT da potência de consumo foi realizada e a frequência de corte abaixo da qual a bateria deveria atuar como praticamente uma fonte de potência constante foi determinada. O conversor DC-DC bidirecional elevador de tensão foi modelado, as equações de estado foram determinadas, os gráficos de Bode analisados e os controladores para o conversor foram definidos. O circuito foi implementado no software de simulação PSIM. Em um primeiro momento foi simulado o conversor DC-DC bidirecional com o sistema simples de dois transistores e foi observado que a corrente era muito alta. Então sistemas entrelaçados de três fases foram implementados para a bateria e para o EC, reduzindo o esforço de corrente para cada transistor. Foi possível observar a função da estratégia de entrelaçamento para reduzir a flutuação de corrente e o HESS foi capaz de gerenciar quando cada fonte atuar, de modo a deixar o EC reagir rapidamente às variações de demanda e a bateria a trabalhar como a fonte principal de energia, mas rodando com baixa variação, assegurando o melhor compromisso em vida útil e autonomia veicular Abstract: This master thesis describes the use of a hybrid energy storage system (HESS) composed of battery and an electrochemical capacitor (EC) as energy sources and a multi-input bi-directional interleaved DC-DC converter to provide energy to an electric urban bus. Using a control strategy with different cutoff frequencies, when each power source is going to provide the energy required by the engine, it is possible to use the EC for rapid changes on the load demands, while the battery is used as a constant source. The Manhattan cycle from SAE J2711 was used as a standard cycle in order to define a speed profile, which was used to create an engine load profile that was used to simulate the HESS. From this load profile it was possible to determine the current load. In the simulation a current source is used as load, instead of an electric engine and its inverter, because the target was to study the DC-DC converter. After defining the current load, the power consumption was determined and the battery and EC dimensioning was determined. It was then defined the switching frequency and a thermal analysis was calculated in order to evaluate the transistor application. The defined switching frequency was 20kHz and it was possible to determine the amount of transistors required to support the load demand working accordingly. The FFT analysis of the power consumption was done and the cutoff frequency of the range where the battery should work as almost a constant energy source was determined. A bi-directional Boost DC-DC converter was modelled with state space equations. The converter controllers were designed from the Bode plots obtained from the state space equations. A switched simulation model of the converter and controllers was implemented with the PSIM software. In a first moment, a simple two transistor bi-directional boost DC-DC converter was simulated, which allowed to observe that the amount of current drawn in one single transistor was too high. Then a three-phase interleaved DC-DC converter was applied for the battery and for the EC, reducing the current demand for each transistor. It was possible to observe the function of the interleaved strategy to reduce current ripple and the HESS was able to manage the best of each power source, allowing the EC to quickly react to load variations and the battery would work as a main energy source, but running with low variation, assuring the best compromise for lifetime and driving range Mestrado Energia Elétrica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Marcelo Gradella Villalva Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: O monitoramento da radiação solar é fundamental para a previsão do potencial de produção de energia solar em uma determinada região. Este trabalho de mestrado visa à análise e à elaboração de ferramentas para a simulação e o cálculo da geração energética de sistemas de energia solar fotovoltaica. São introduzidos conceitos elementares sobre radiação solar, sendo discutidos alguns modelos de transposição de dados de radiação. Além disso, algoritmos de transposição de dados solarimétricos e de cálculo da produção de energia solar fotovoltaica são comprovados com dados de algumas plantas experimentais Abstract: The monitoring of solar radiation is fundamental for predicting the potential of solar energy production in each region. This master's work aims at the analysis and the elaboration of tools for the simulation and calculation of the energy generation of photovoltaic solar energy systems. Elemental concepts about solar radiation are introduced, and some models of radiation data transposition are discussed. In addition, solarimmetric data transposition algorithms and solar photovoltaic solar energy calculation are supported by data from some experimental plants Mestrado Energia Elétrica Mestra em Engenharia Elétrica

Orientador: Fabiano Fruett Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma rede de sensores sem fio para medição de geração de painéis solares utilizando componentes de prateleira com custo reduzido. O sistema se baseia no conceito de internet das coisas e foi especialmente desenvolvido para medir e quantificar a geração de sistemas fotovoltaicos. Um concentrador foi desenvolvido, para gerência da rede sem fio, que também armazena os dados localmente e hospeda uma página HTML para acesso via rede local. Por sua vez, o acesso via internet é feito através do serviço Ubidots, onde apenas os dados já consolidados são enviados, diminuindo o trafego de rede. O sistema foi projetado para medir saídas DC do painel solar até 60~V de tensão e 30~A de corrente, com baixo consumo de energia. Um aplicativo para uso em computadores pessoais é utilizado para leitura dos bancos de dados e exibição para consolidação dos dados de concentradores, permitindo gerar relatórios de períodos em formatos XLS, CSV e PDF. A acurácia dos nós de medição foi aferida em uma comparação com um osciloscópio utilizando uma ponteira de corrente. O sistema foi implantado em campo para teste e a geração do painel mensurada. Desta maneira, concluímos que o sistema é adequado para microgeração, principalmente doméstica, agregando valor ao painel solar, possibilitando a seu usuário informações que o auxiliam a futuras expansões ou manutenções de seu parque solar Abstract: This work presents the development of a wireless sensor network for measuring the generation of solar panels using low cost off-the-shelf components. The system is based on the internet of things concept and was specially developed to measure and quantify the generation of photovoltaic systems. A hub was developed for wireless network management, which also stores data locally and hosts an HTML page for local network access. In turn, internet access is done through the Ubidots service, where only the already consolidated data is sent, reducing network traffic. The system is designed to measure solar panel DC outputs up to 60~V voltage and 30~A current, with low power consumption. An application for use on personal computers was developed for reading databases and viewing data from hubs for consolidating, allowing the user to generate period reports in XLS, CSV and PDF formats. The accuracy of the measuring nodes was measured in a comparison with an oscilloscope using a current tip. The system was deployed in the field for testing and the results analyzed. In this way, we conclude that the system is suitable for microgeneration, mainly domestic, adding value to the solar panel, allowing its user information that helps him to future expansions or maintenance of his solar park Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica CAPES 1588669

Orientador: Marcelo Gradella Villalva Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: A geração de um sistema fotovoltaico varia de acordo com as condições climáticas de irradiância e temperatura. Para manter o sistema continuamente produzindo a máxima potência, os conversores eletrônicos utilizam métodos de rastrear o ponto de máxima potência (MPPT). Os métodos mais comuns de MPPT causam variações na variável de controle e analisam o efeito na geração de potência. Esses métodos apresentam uma boa eficiência, entretanto, o arranjo fotovoltaico pode estar sob condições de sombreamento parcial. Sob essas condições, grandes variações são notadas nas curvas características I-V e P-V do arranjo fotovoltaico, fazendo com que as técnicas tradicionais de MPPT não sejam mais capazes de gerarem a máxima potência. Por isso , neste trabalho é estudada a modelagem de sistemas fotovoltaicos sob condições uniformes e parcialmente sombreados. Ademais, é feita uma revisão dos métodos de MPPT globais (GMPPT), que são técnicas que encontram o ponto de máxima potência global do sistema fotovoltaico. Para validar o funcionamento dos métodos estudados, os mesmos foram simulados e testados em um sistema fotovoltaico monofásico experimental. Os testes foram feitos para os módulos sob condições uniformes e sob condições de sombreamento parcial, e medidas de potência, eficiência, energia perdida devido ao sombreamento, e tempo de convergência foram feitas para análise e comparação. Os resultados mostraram que a maioria dos métodos de GMPPT convergiram para o ponto de máxima potência global. Os métodos do rastreamento pelo número de diodos de bypass e pela sequência de Fibonacci apresentaram os melhores resultados de velocidade de busca e eficiência Abstract: The generation of a photovoltaic system varies according to the climatic conditions of irradiance and temperature. To keep the system operating at maximum power, converters use maximum power point tracking (MPPT) methods. The most common MPPT methods cause variations at the control variable and analyze the effect on power generation. These methods have a good efficiency, however, the photovoltaic array can be under partially shading conditions. Under these conditions, large variations are noted in the I-V and P-V characteristic curves of photovoltaic array, causing traditional MPPT techniques no longer able to generate the maximum power. This work studies the modeling of photovoltaic systems under uniform and partially shading conditions. In addition, a review of the global MPPT methods, techniques that find the global maximum power point of the photovoltaic system. To validate the operation of the studied methods, they were simulated and tested in a experimental single-phase photovoltaic system. The tests were done for the modules under uniform conditions and under partially shading conditions, and measures of power, efficiency, lost energy due to shading, and convergence time were made for analyze and comparation. Results showed that most of GMPPT methods converged to the global maximum power point. The bypass number tracking and tha Fibonacci search presented the best results of search speed and efficiency Mestrado Energia Elétrica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Marcelo Gradella Villalva Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Este trabalho apresenta a modelagem, o projeto dos controladores e testes de um conversor bidirecional CC-CA para aplicações de fornecimento de microrredes autônomas. O sistema proposto é constituído principalmente por um conversor bidirecional CC-CA com dois estágios: um conversor CC-CC e um conversor em ponte H. Performances de vários tipos de controladores (tipo 3, PI, PI + ressonante) são comparadas a fim de escolher a opção adequada para cada estágio, e a funcionalidade de fonte de alimentação ininterrupta é avaliada através de simulações e testes sob vários eventos: aumento e diminuição do sinal de referência, condições de sobrecarga e sub-carga, processos de carga e descarga da bateria, bem como falta de energia e reconexão da rede. Também, cargas não-lineares são estudadas, de modo que controladores PI + ressonante múltiplo e fuzzy são utilizados ??para reduzir as distorções na tensão e na corrente nesse caso. Modelos para os estágios do sistema são escolhidos a partir de alguns métodos disponíveis, e os parâmetros dos controladores são otimizados através da redução do tempo de estabilização, overshoot, erro de pico absoluto ou distorção harmônica total. A experimentação é feita com um conversor de 0,1 kW, que é modelado, seus controladores são projetados, é simulado e verificado através da experimentação. O desempenho do sistema é medido pelo fator de potência no modo conectado à rede, e pela distorção harmônica total no modo isolado. Além disso, a flexibilidade do sistema proposto é comprovada através do projeto e simulação de um conversor de 1 kW, utilizando a mesma metodologia Abstract: This work presents the modeling, controllers design and tests of a bidirectional DC-AC converter for power supplying applications in autonomous microgrids. The system proposed mainly consists of a bidirectional DC-AC converter with two stages: DC-DC converter and H-bridge converter. Performances of several types of controllers (Type 3, PI, PI+resonant) are compared in order to choose the proper option for each stage, and the uninterruptible power supply (UPS) functionality is evaluated through simulations and tests under several events: step increase and decrease in reference signal, overload and under-load conditions, battery charge and discharge processes, as well as grid fault and recovery. Besides that, non-linear loads are studied, so multiple PI+resonant and fuzzy controllers are used to reduce the voltage and current distortions in that case. Models for the stages are chosen from some available methods, and the parameters of the controllers are optimized by reducing the settling time, overshoot, absolute peak error or total harmonic distortion. Experimentation is made with 0.1-kW converter, which is modeled, its controllers designed, then it is simulated and verified through experimentation. Performance of the system is measured by power factor (PF) in grid-connected mode and total harmonic distortion (THD) in stand-alone mode. In addition, flexibility of the system proposed is proven by designing and simulating a 1-kW converter with the same methodology Mestrado Energia Elétrica Mestre em Engenharia Elétrica CNPQ 133816/2014-1 CAPES Proex

Orientador: Edson Bim Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Um dos requisitos exigidos por normas técnicas na operação do gerador de indução duplamente alimentado é mantê-lo conectado à rede, mesmo quando ocorrem quedas bruscas de tensão nos terminais do estator, geralmente denominadas afundamentos de tensão. Tal preocupação se justifica pela dificuldade que se tem em controlar as potências ativa e reativa do gerador de indução duplamente alimentado, principalmente quando o afundamento é de grande magnitude. Desse modo, o uso de controladores eficientes, tanto para os transitórios quanto ao regime permanente, torna-se necessário para que se restabeleçam simultaneamente as tensões nominais com o suporte de potência reativa da rede, com a restrição de que os valores nominais da tensão e da corrente do conversor back-to-back não sejam violados. A partir dessas condições, foi escolhido o controlador preditivo, devido ao seu alto desempenho e vantagens, tais como a capacidade de predição e o controle de sistemas não lineares, incluido os sistemas multivariáveis. A inserção de restrições que garantam a eficácia e a integridade do sistema controlado são também atrativos à sua escolha. Desse modo, dois controladores preditivos foram escolhidos: o baseado no modelo e o não linear. O objetivo é investigar o desempenho de ambos para o caso do afundamento de tensão do gerador de indução duplamente alimentado. Adicionalmente, uma rede neural artificial com estrutura multilayer perceptron é aplicada para realizar o mapeamento do controlador preditivo baseado no modelo, e, dessa forma, obter a redução do esforço computacional na implementação em tempo real, uma vez que a implementação direta do controlador preditivo exige um processador digital de alto desempenho. Ao longo deste trabalho são detalhados os procedimentos para o desenvolvimento da estratégia do controle das potências de estator e as aplicações dos referidos controladores preditivos, levando-se em conta a possibilidade de ocorrer afundamentos de tensão. Os controladores são responsáveis pela predição dos valores futuros das potências ativa e reativa de estator e, a partir desses dados, determinam-se os valores da tensão nos terminais do rotor, que é a variável de controle do gerador. Para o controlador preditivo baseado no modelo, as componentes da tensão de rotor são expressas nos sistema de referência síncrono e, no caso do controlador não linear, as componentes são escritas no sistema de referência estacionário. Inicialmente, os resultados da simulação computacional dos controladores preditivos são apresentados e analizados, para, na sequência, realizar-se o procedimento de treinamento da RNA, a partir do controlador preditivo baseado no modelo. Após a devida verificação do controlador RNA mediante simulação computacional, seu desempenho é testado experimentalmente em uma máquina de 11 kW, operando na velocidade subsíncrona e sob afundamentos de tensão nos terminais de estator Abstract: One of the requirements of technical standard applied to the doubly fed induction generator operation is to keep it connected on the grid even when voltage dips occur at the stator terminals. This concern is justified due to difficulty to control the active and reactive power of the doubly fed induction generators, especially when the voltage dip is high intensity. Thus, the use of efficient controller is necessary to help restoring the nominal voltages by reactive power support, without exceeding the rated values of voltage and current, and thereby protecting the back-to-back converter. For this purpose, the predictive controller was chosen due to its high performance, its ability to predict and to control of nonlinear systems, including the multivariable systems. Additionally, constraints can be inserted to guarantee the effectiveness and the integrity of controlled system. The aim of this work is to investigate the model-based and the nonlinear predictive controller performance for doubly fed induction generator operation under voltage dip. An artificial neural network with multilayer perceptron structure is applied to map, to reproduce and to reduce the computational effort in the real-time application of the model-based predictive control, since the direct implementation of the predictive controller requires a high digital processor performance. The controllers are responsible for predicting future values of active and reactive stator power. From these data, the rotor voltage components are determined: in MBPC these components are defined in the synchronous reference system and in NPC ¿ only simulated ¿, these voltage components are written in the stationary reference system. From the computer simulation results of the MBPC, an artificial neural network is trained and its performance is verified by simulation. This ANN controller is applied in real-time on 11 kW machine, operating at subsynchronous speed and voltage dips Doutorado Energia Elétrica Doutor em Engenharia Elétrica CAPES

Orientadores: Ernesto Ruppert Filho, Marcelo Gradella Villalva Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Nas últimas décadas houve um grande avanço nas tecnologias de telecomunicações, que fomentaram o desenvolvimento de várias aplicações em diferentes áreas do conhecimento. Entretanto o mesmo não se pode afirmar sobre as redes de distribuição de energia elétrica pois a sua tecnologia permanece praticamente inalterada por mais de cinquenta anos. Considerando o aumento da demanda energética para os próximos anos torna-se necessária a modernização das redes de distribuição de energia elétrica afim de permitir redução nas perdas, melhoria da eficiência operacional e controle em tempo real. Para alcançar este objetivo necessitase do desenvolvimento das chamadas redes elétricas inteligentes (REI). As redes elétricas inteligentes nada mais são do que a integração, através de equipamentos de telecomunicações e de computação aos equipamentos conectados na rede de energia elétrica. Para alcançar o objetivo de ter uma rede elétrica inteligente, que permita o monitoramento e atuação de dispositivos elétricos em tempo real, é necessário o desenvolvimento de uma infraestrutura de telecomunicações entre os equipamentos elétricos da rede. Neste cenário o medidor de energia elétrica inteligente se torna elemento fundamental para o seu desenvolvimento pois, além de prover informações que auxiliam a análise da rede elétrica em tempo real pela concessionária de energia elétrica, estes equipamentos se tornam os elos de comunicação que irão permitir a total integração de todos os equipamentos da rede elétrica. O medidor de energia elétrica inteligente (em inglês smart meter) deve possuir funcionalidades avançadas, porém não pode ter custo elevado devido à grande quantidade que deve ser instalada nas redes elétricas para elas se tornarem inteligentes. No Brasil estima-se que isto represente aproximadamente 70 milhões de medidores [1]. Dessa maneira é fundamental o avanço das pesquisas no seu desenvolvimento com um custo acessível para a implementação em grande escala. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um medidor de energia elétrica inteligente de alta precisão, com diferentes plataformas de telecomunicação. Ele foi projetado, construído e testado em laboratório estando, neste momento, pronto para ser analisado pelo INMETRO para poder ser comercializado Abstract: In recent decades, there was a breakthrough in telecommunications technologies, which fostered the development of several applications in different areas of knowledge. However, the same cannot be said about the energy distribution networks, as their technology remains unchanged for over fifty years. Considering the increasing energy demand for years to come becomes needed the modernization of energy distribution networks in order to allow reduction of losses, improve operational efficiency and real time control. To achieve this goal is required the development of so-called smart grids. The smart grids are than integration through telecommunications equipment and computer equipment connected to the power grid. To achieve the goal of having a smart grid, enabling the monitoring and control of electrical devices in real time, the development of a telecommunications infrastructure between the equipment of the network is needed. In this scenario the smart becomes a fundamental element in its development because, in addition to providing information to help the analysis of the power grid in real time by the utility company, these devices become the communication links that will allow full integration of all equipment from the energy distribution networks. The smart meter must have advanced functionalities and low cost due to the large number of smart meter that must be installed in the energy distribution networks for them to become Smart. In Brazil it is estimated that this represent about 70 million meters [1]. In this manner is critical the advancement of research and development of an affordable smart meter to allow massive deployment. This work presents the development of a high precision smart meter with different telecommunication platforms. It was designed, built and tested in laboratory being at this time, ready to be analyzed by INMETRO to be later commercialized Mestrado Energia Elétrica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Fernanda Caseño Trindade Arioli Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Apoiado por questões ambientais e incentivos fiscais, o uso de fontes renováveis de energia tem crescido consideravelmente, destacando-se o crescimento de geradores fotovoltaicos. Na última década, o total de energia solar fotovoltaica no mundo aumentou aproximadamente 4.500%. Os geradores solares fotovoltaicos são conhecidos por utilizarem uma fonte intermitente de energia e, por não possuírem inércia mecânica, alterações na irradiação solar podem causar rápidas e consideráveis variações na potência gerada. Estas variações resultam em desbalanço entre carga e geração, sendo que a subestação passa a fornecer o incremento de potência necessário para alimentar as cargas, o que pode refletir na tensão do sistema. Além dos aspectos relacionados à qualidade de energia, as variações de tensão causadas pela passagem de nuvens sobre os sistemas fotovoltaicos em dias parcialmente nublados podem fazer com que os reguladores de tensão atuem excessivamente, diminuindo sua vida útil. Nesta dissertação, investigam-se fatores como a caracterização do fenômeno de transitório de tensão causado pela passagem de nuvens sobre os painéis fotovoltaicos instalados em sistemas de distribuição de energia elétrica de média e de baixa tensão. Adicionalmente, avalia-se o aumento na quantidade de atuações dos transformadores reguladores de tensão, a partir de uma metodologia analítica que permite realizar uma estimativa preliminar do número de atuações dos reguladores, de modo que seja possível identificar o grau de intensidade do problema. Ao final, são discutidas algumas medidas que podem ser adotadas para mitigar ou mesmo solucionar os impactos técnicos apresentados Abstract: Due to environmental and tax incentives, the quantity of distributed generators exploring renewable energy sources in power generation market has considerably increased. In last decade, worldwide, photovoltaic generation has increased approximately 4,500%. Solar photovoltaic generators are known for using an intermittent source of energy and, because they do not have electromagnetic circuit, nor inertia, variations in irradiance can cause fast and deep variations in photovoltaic generator power output. These power changes create a load-generation imbalance and the missing (extra) power has to be supplied (absorbed) by the substation, possibly resulting in rapid voltage changes. Additionally, because of the high rate of occurrence of voltage changes during partial cloudy days, there can be excessive operations of voltage regulators. This work investigates factors such as the characterization of the transitory phenomenon caused by cloud transients over photovoltaic panels installed in medium and low voltage distribution systems. Furthermore, the increase in tap changes of voltage regulator transformers is evaluated. An analytical method is proposed to estimate the number of voltage regulator tap changes, allowing to identify the intensity of the problem for a given distribution feeder. Finally, potential solutions to mitigate or eliminate the impacts of cloud transients are introduced Mestrado Energia Elétrica Mestra em Engenharia Elétrica CAPES

Orientador: José Antenor Pomilio Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Filtros Ativos de Potência Aeronáuticos (FAPA) são geralmente utilizados para melhoria da Qualidade da Energia em Sistemas Elétricos de Potência Aeronáuticos (SEPA). Os FAPA compensam os harmônicos de corrente, aumentam o fator de potência e minimizam os efeitos de cargas desbalanceadas. Este trabalho apresenta o desenvolvimento, simulação e implementação de um FAPA pra um SEPA avançado de velocidade e frequência variável. O SEPA é muito diferente dos sistemas elétricos residenciais e industriais, nesses sistemas a frequência pode variar de 360 Hz a 800 Hz, além do mais a carga se reconfigura repetidamente. Deste modo, uma estratégia avançada de filtragem ativa é necessária para SEPAs, O FAPA proposto neste trabalho é composto por um inversor multinível do tipo cascata assimétrica, o algoritmo de controle é implementado utilizando a teoria da potência conservativa e a sincronia do FAPA com o SIPA é realizada por meio de um algoritmo PLL com filtro de Kalman. Um protótipo trifásico é implementado para validar ambos o FAPA e as simulações Abstract: Aircraft Active Power Filters (AAPFs) are most commonly used to improve energy quality in Aircraft Electrical Power Systems (AEPS by means of mitigating current harmonics, improving the source power factor and minimizing the effects of unbalanced loads. This work presents the design, simulation and implementation of a Multilevel AAPF for a Variable Speed Variable Frequency (VSVF) advanced aircraft electric power system. The AEPS is very different than the residential and industrial power systems, in these systems, the frequency may vary between 360 Hz and 800 Hz, and the load dynamics is often modified. For aircraft purposes an enhanced filtering technique is required. The proposed AAPF topology is composed by an Asymmetrical Multilevel Inverter (AMI), controlled by the Conservative Power Theory (CPT) and synchronized by a Kalman Filter Phase-Locked Loop (KF-PLL). A three phase AAPF prototype was implemented in order to investigate the proper system operation and accurateness to the simulations Mestrado Energia Elétrica Mestre em Engenharia Elétrica

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:34Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-01-29Bitstream added on 2014-06-13T20:49:17Z : No. of bitstreams: 1 brandao_di_me_bauru.pdf: 5797211 bytes, checksum: 5821c3a27764ecbbe0c6862dce12bdde (MD5) O objetivo deste trabalho foi desenvolver um sistema de geração fotovoltaico híbrido, ou seja, capaz de funcionar tanto interligado à rede elétrica como desconectado (ilhado) desta. Quanto ilhado, este sistema fornece potência e uma tensão senoidal para a carga, desde que haja energia solar nos módulos fotovoltaicos e/ou energia armazenada no banco de baterias. Quando conectado, o sistema de geração fotovoltaico é capaz de fornecer potência ativa para a carga e/ou rede elétrica e, simultaneamente, funcionar com um Stalic Synchrnous Compensator (STATCOM), auxiliando no suporte de tensão no ponto de acoplamento comum ou, como um compensador ativo seletivo, atenuando os distúrbios elétricos causados pela carga. Para atingir o objetivo deste trabalho, o sistema de geração fotovoltaico foi estudado, projetado e analisado. O estudo passou por definições de geração distribuida e de microrede; modelagem do dispositivo fotovoltaico; escolha da técnica de rastreamento do ponto de máxima potência (MPPT); modelagem do banho de baterias; projeto, modelagem e controle dos conversores eletrônicos; projeto das malhas de controle de potência, responsáveis pelo gerenciamento do balanço de potência. Também foi realizada uma análise de três diferentes controladores aplicados ao sistema de geração fotovoltaico isolado e, análises do funcionamento do sistema híbrido com algumas multifuncionalidades agregadas, tais como: funcionamento híbrido, STATCOM e compensador ativo seletivo. Os estudos relacionados à modelagem do dispositivo fotovoltaico, escolha da técnica de MPPT, modelagem do banco de baterias e, projeto, modelagem e controle dos conversores CC-CC foram realizados por meio de simulação. Enquanto que o projeto, modelagem e controle do conversor CC-CA, os estudos do sistema fotovoltaico isolado e híbrido, assim como suas multifuncionalidades... The goal of this work is to develop a hybrid photovoltaic generated system, which means, able to run both connected to the grid as disconnected (islanded). When it operates in the islanted mode, the system provides power and a sinusoidal voltage to the local loads, since there exist solar energy at the photovoltaic modules and/or storage energy in the battery bank. When the photovoltaic system operates in the connected mode, it is able to supply active power to the load and/or grid and, simultaneously, works as a static synchronous compensator (STATCOM), assisting in the voltage support at the point of common coupling or, as a selective active compensator, mitigating disturbance caused by the load. To reach the goal of this work, the photovoltaic system was studied designed and analyzed. The studies addressed to definition of distributed generation and microgrids; modeling of the photovoltaic device; choose of the maximum power point tracking (MPPT) technique; modeling of the battery bank; design, modeling and control of the electronic converters; design of the power control loops responsible for the power balance manager. It was also perfomed an analyze of three different controllers applied in an isolated photovoltaic generated system and analyzed a hybrid system with multifunctionalities, such as: hybrid operation, STATCOM function and selective active compensator function. The studied related to the modeling of the photovoltaic device, choose of the MPPT technique, modeling of the battery bank and, design, modeling and control of the DC-DC converters have been performed by simulation results. Whereas the design, modeling and control of the DC-AC converter, the studies the isolated and hybrid photovoltaic system, such as multifunctionalities, have been analyzed by simulation results and validated by experimental results... (Complete abstract click electronic access below)

Orientadores: Ernesto Ruppert Filho, Marcelo Gradella Villalva Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Apresenta-se a implementação de um inversor trifásico de tensão a três níveis para ser utilizado no controle de velocidade de um motor síncrono trifásico a imãs permanentes usando o método de controle vetorial. Realizou-se o estudo, projeto e construção de um inversor de tensão a três níveis com neutro grampeado ou inversor NPC neutral point clamped. Utilizou-se modulação em largura de pulsos por vetores espaciais no controle vetorial de velocidade do motor. Foram realizadas simulações do sistema proposto usando os aplicativos computacionais Matlab/Simulink e PSIM. Realizou-se em seguida uma montagem experimental constituída de um motor síncrono a imãs permanentes de 0,75 kW acoplado a um freio eletromagnético que lhe serviu de carga mecânica. O sistema motor e carga foi acionado pelo inversor com modulação em largura de pulsos por vetores espaciais e os resultados obtidos do controle de velocidade realizado, incluindo reversão de velocidade e frenação do motor, são apresentados no trabalho. Comparou-se também o desempenho de um inversor a três níveis usando modulação em largura de pulsos por vetores espaciais com o desempenho de um inversor a dois níveis usando modulação em largura de pulsos por vetores espaciais na alimentação de uma carga resistiva. Resultados de simulação e resultados experimentais são apresentados. Neste trabalho realizou-se uma comparação qualitativa entre o uso do inversor a dois níveis e do inversor a três níveis que mostra em que situações é conveniente utilizar o inversor a três níveis Abstract: It is presented the implementation of a three phase three level voltage inverter to be used in the speed control of a three phase permanent magnet synchronous motor using the vector control method. To achieve this goal, it was carried out the study, design and construction of a three level neutral point clamped voltage inverter or NPC inverter. For the control of the motor it was used a space vector modulation. The proposed system was simulated using Matlab/Simulink and PSIM softwares. It was carried out an experimental assembly consisting of a 0.75 kW permanent magnet synchronous motor coupled to an electromagnetic brake as a mechanical load. The motor and load system were triggered by the inverter with space vector modulation. The results of the speed control, including reversal of speed and motor breaking, are presented in the study. The performance of a three level inverter using space vector modulation is compared to the performance of a two level inverter using space vector modulation feeding a resistive load. The simulation and experimental results are presented. In this work a qualitative comparison between the two level inverter and three level inverter was done showing in wich situations it is better to use the three level inverter Mestrado Energia Elétrica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Ernesto Ruppert Filho; Marcelo Gradella Villalva Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Este trabalho apresenta um estudo sobre filtro ativo de potência paralelo para sistema trifásico com quatro fios, discutindo técnicas de compensação e de controle de correntes. O estudo concentra-se no filtro ativo paralelo composto por um inversor do tipo fonte de tensão com quatro pernas. Com esta estrutura de conversor são realizados estudos e simulações em computador de estratégias de compensação de correntes harmônicas e de controle de correntes. São investigadas técnicas de controle repetitivo, ressonante e proporcional-integral. Os sistemas de controle de correntes são construídos com um algoritmo de modulação por largura de pulsos tridimensional com vetores espaciais, que é investigado em detalhes no trabalho Abstract: This dissertation presents a study of three-phase four-wire shunt active power filter, discussing compensation and control currents techniques. The study focuses on the shunt active filter composed by a four-leg voltage source inverter. Using this converter structure studies about strategies for compensation of harmonic currents and current control are carried out through computer simulations. Repetitive, resonant and proportional-integral control techniques are investigated. The current control system is performed using an algorithm of three-dimensional space-vector pulse width modulation, which is investigated in detail in the work Mestrado Energia Elétrica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Ernesto Ruppert Filho, Marcelo Gradella Villalva Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Este trabalho apresenta uma contribuição à pesquisa e ao desenvolvimento de microinversores monofásicos para sistemas fotovoltaicos de energia solar conectados à rede elétrica de baixa tensão. O objetivo principal da pesquisa é apresentar o projeto, a construção e os resultados experimentais de um microinversor eletrônico que processa a energia proveniente de um painel fotovoltaico e faz a conexão deste dispositivo com a rede El. São apresentados estudos teóricos e simulações sobre painéis fotovoltaicos, sobre a modelagem e o controle de conversores eletrônicos e sobre o algoritmo de rastreamento do ponto de máxima potência. São apresentados resultados experimentais obtidos com um microinversor experimental desenvolvido em laboratório, constituído de dois estágios de conversão (CC-CC e CC-CA) Abstract: This thesis presents a contribution to research and development of single-phase micro-inverters for low voltage grid-connected photovoltaic systems. The main goal of this research is to present the project, the development and experimental results of an electronic micro-inverter that processes the energy from a photovoltaic panel and connects this device to the main grid. Theoretical studies and simulations on photovoltaic panels are shown, as the modeling and control of the electronic converters and the maximum power point tracking algorithm. Results with an experimental microinverter consisting of two stages (DC-DC and DC-AC) are also shown Mestrado Energia Elétrica Mestre em Engenharia Elétrica