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A presente dissertação apresenta uma abordagem de controle ótimo para controlar a tensão de saída de uma microrrede isolada. Essa microrrede é alimentada através de um conversor fonte de tensão de dois níveis com filtro de saída LC. O principal objetivo dessa microrrede isolada é alimentar as cargas locais independente da sua natureza, lineares, não-lineares, balanceadas ou não. Neste contexto, esta dissertação mostra a modelagem matemática do sistema, feita no sistema de coordenadas estacionário (αβ0) em equações do espaço de estados. Para o disparo dos dispositivos semicondutores é utilizada a técnica modulação por vetor espacial (do inglês, space vector modulation) (SVM). Jápara o controle da tensão no Ponto de Acoplamento Comum (do inglês, point of common coupling) (PCC) são usados módulos de controladores ressonantes digitais, cuja modelagem matemática também é realizada no espaço de estados. Desse modo, para calcular os ganhos de realimentação, utilizou-se o método regulador linear quadrático digital (do inglês, digital linear quadratic regulator) (DLQR). Este permite alocar os polos de malha fechada do sistema de forma sistemática e ótima. Dessa forma, a escolha das matrizes Q e R irádeterminar a dinâmica do sistema, tanto como o esforço exercido pelo controlador. Essas matrizes ponderam a influência das variáveis de estado e das variáveis de controle, respectivamente. E as mesmas são determinadas através de análises feitas no domínio da frequência utilizando técnicas como Diagrama de Bode e de Nyquist. Jáa implementação do sistema de controle é feita usando o processador digital de sinal (do inglês, digital signal processor) (DSP) de ponto flutuante TMS320F28335. Além disso, um protótipo em pequena escala foi desenvolvido em laboratório para avaliar a eficácia do controle proposto. Resultados experimentais foram obtidos para validar o funcionamento da estratégia proposta. This dissertation presents an optimal control approach to regulate the output vol-tage of an islanded microgrid. This microgrid is fed through a two level voltage source converter with an output LC filter. The main goal of the islanded microgrid is to feed local loads, irrespective their nature, linear, non-linear, balanced or not. In this context, this dissertation presents the system mathematical modelling, performed in the stationary reference frame (αβ0), in state space equations. The converter is con-trolled in voltage mode and pulse width modulation pattern is done using space vector modulation strategy. For the voltage control in the Point of Common Coupling (PCC) multiple digital resonant controller modules in state space are designed. In this way, the digital linear quadratic regulator technique is used to calculate the feedback gains. This method allows to place the closed-loop poles systematically and optimally. The choice of matrices Q and R determine the system dynamics and control effort. These aforementioned matrices ponders the influence of the state variables and the control va-riables, respectively. They are chosen based on the frequency domain analysis, through Bode and Nyquist diagrams. The control implementation is done using the floating pointing digital signal processor TMS320F28335. Moreover, a small scale prototype was developed in laboratory to evaluate the effectiveness of proposed control. So, the experimental results were obtained to illustrate and to validate the operation of the proposed strategy.

Dissertação de mestrado em Engenharia Eletrónica e de Computadores, A energia elétrica tem um papel extremamente importante no desenvolvimento de uma região, bem como na melhoria da qualidade de vida do ser humano. É assim fundamental eletrificar regiões isoladas e com elevadas taxas de subdesenvolvimento. A eletrificação da grande maioria destas regiões isoladas, passa pela produção local de energia recorrendo a fontes de energia renovável, quer por razões logísticas quer ambientais. Nesta dissertação são apresentados e descritos, os sistemas de eletrónica de potência que permitem implementar uma microrrede isolada com produção a partir de fontes renováveis e capacidade de armazenamento local de energia. O foco principal deste trabalho é o desenvolvimento e validação do sistema responsável pela implementação de uma microrrede isolada monofásica com tensão alternada sinusoidal de 230 V/50 Hz. O desenvolvimento do sistema responsável pela produção e armazenamento de energia encontra-se descrito numa dissertação com o tema complementar, realizada pelo colega de laboratório João Silva. Para a realização da presente dissertação foi necessário o estudo, dimensionamento e implementação do conversor CC-CA de três estágios. Este conversor pode ser dividido num conversor CC-CC em ponte completa isolado de alta frequência do tipo buck e num conversor CC-CA em ponte completa. Para ambos os conversores foi desenvolvido um controlador digital, sendo utilizado um controlador Proporcional Integral no conversor CC-CC e um controlador Preditivo no conversor CC-CA monofásico. Depois de desenvolvido o protótipo do sistema de alimentação da mirorrede isolada, foram realizados alguns ensaios laboratoriais de modo a validar a solução apresentada. Os ensaios realizados, permitiram analisar o comportamento do sistema para três tipos de carga diferentes: carga linear puramente resistiva; carga linear predominantemente indutiva; e carga não linear do tipo retificador com filtro capacitivo. Por último, foram ainda realizados alguns ensaios ao sistema desenvolvido na presente dissertação, interligado com o sistema complementar desenvolvido pelo colega João Silva. Perante os resultados obtidos, foi possível comprovar o conceito e validar o funcionamento do sistema de alimentação da microrrede isolada., Electric power plays an essential role in the development of an isolated rural region, as well as in improving the overall human well-being. Therefore, the electrification of isolated and underdeveloped zones is a matter of extreme importance. Due to either logistic or environmental reasons, in most of these isolated regions, the required electrification involves the local energy production through renewable energy sources. In this dissertation, the power electronics system that allows the implementation of an islanded microgrid with local production and storage of energy is presented and described in detail. The main focus of this work is the development and validation of the power electronics system to implement a single-phase islanded microgrid with 230 V/50 Hz sinusoidal voltage. The electronic system responsible for energy production and storage is being developed within the dissertation work of the classmate João Silva. In order to complete this dissertation, it was required to study, sizing and implement a three-stage DC-AC converter. This converter is composed of a high-frequency isolated buck type full-bridge DC-DC converter and of a single-phase full-bridge DC-AC converter. A digital controller was developed for both converters, namely a Proportional Integral in the case of the DC-DC converter and a Predictive Deadbeat in the case of the DC-AC converter. After the development of the islanded microgrid power system prototype, some laboratorial tests were carried out to analyze the response of the presented solution. The elaborated tests allowed the analysis of the converters toward three different loads: a purely resistive linear load; a predominantly inductive linear load; and a rectifier with capacitive filter nonlinear load. Finally, a few tests were done on the system developed in the presented dissertation combined with the complementary system developed by João Silva. Concerning the final results, it was possible to prove the concept and to validate the operation of the islanded microgrid power system.