Search

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Este trabalho propõe uma estrutura de filtragem ativa série para a redução de harmônicas de tensão. Com a modificação de um filtro ativo híbrido gera-se o filtro ativo série. A partir deste, propõe-se um conjunto de estruturas básicas de filtragem do tipo paralelo e série. Desse conjunto de estruturas, o filtro ativo série com o inversor de tensão e entrada em tensão, (FAS-VSI-V), é escolhido para análise. O FAS-VSI-V é equacionado e seus parâmetros e componentes são determinados. Com esses dados várias simulações numéricas são efetuadas e seus resultados exibem o comportamento da estrutura de filtragem ativa série. Um protótipo foi construído, com o qual se obteve vários resultados experimentais. Esses resultados demonstraram a adequada operação do filtro ativo série que disponibilizou à carga uma tensão com reduzido conteúdo harmônico. As experiências com o filtro foram realizadas usando cargas lineares e não lineares. O controle do filtro ativo utiliza a tecnologia analógica. Esta tecnologia não permite modificações, é suscetível ao envelhecimento de componentes e à ação da temperatura. Adicionalmente, a estratégia de controle proposta inclui uma etapa de filtragem para a extração da componente fundamental da tensão de entrada. Estes aspectos incentivaram o estudo e aplicação da tecnologia digital ao filtro ativo. Ainda, nesta etapa outro processo de modelagem é apresentado e aplicado ao filtro ativo. Com os modelos obtidos, projeta-se o sistema de controle digital. Através do protótipo mencionado realizam-se outras experiências. Seus resultados são coletados, analisados e apontam o adequado funcionamento do filtro ativo série.

Este trabalho apresenta o estudo e a concepção de uma família de conversores CC-CC de alto ganho de tensão, não isolados, baseados na célula de comutação de múltiplos estados (multistate switching cell – MSSC) e células multiplicadoras de tensão (voltage multiplier cells – VMCs). Estes conversores podem ser empregados em aplicações como sistemas ininterruptos de energia e veículos elétricos, que empregam níveis de potência da ordem de alguns quilowatts e que os níveis de tensão de entrada são muito mais baixos do que os de saída. As vantagens inerentes às topologias propostas incluem esforços de tensão e corrente reduzidos nos semicondutores, melhor distribuição térmica, compartilhamento equilibrado de corrente entre as fases e dimensões reduzidas dos elementos magnéticos. Outro aspecto relevante é que os conversores derivados apresentam modularidade quanto à possibilidade de estender não apenas o ganho de tensão, mas também a potência nominal. Uma análise teórica abrangente do conversor boost 4SSC-VMC oriundo da família proposta é realizada. Resultados experimentais obtidos a partir de um protótipo de 1,3 kW são apresentados e discutidos para validar as considerações teóricas. This work presents the study and design of a family of non-isolated high step-up dc-dc converters, based on the multi-state switching cell (MSSC) and voltage multiplier cells (VMCs). These converters can be used in applications such as uninterruptible power systems and electric vehicles, which employ a few kilowatts power and require high voltage gain. Inherent advantages in the proposed topologies include reduced current and voltage stresses on the semiconductors, improved thermal distribution, good current sharing among the phases, and reduced dimensions of filter elements. Another relevant aspect is that the derived converters present modularity in terms of the possibility of extending not only the voltage gain, but also the rated power. A comprehensive theoretical analysis of the 4SSC-VMC boost converter, deriving from the proposed family, is performed. Experimental results obtained from a 1.3 kW prototype are presented and discussed to validate the theoretical assumptions.

Agência 1 É bem verdade que o sombreamento parcial de uma matriz fotovoltaica reduz a capacidade de geração de energia. Acredita-se que a potência máxima de uma matriz fotovoltaica parcialmente sombreada seja inversamente proporcional ao percentual do sombreamento. Com tudo, consta na literatura que esse pode não ser o caso. A potência máxima de uma matriz pode ser tornar insensível ao percentual do sombreamento se um ponto crítico é atingido e, esse ponto crítico, depende do tamanho, número de módulos sombreados e da configuração da matriz. É constantemente relatado na literatura que em uma matriz fotovoltaica sob condições de sombreamento, a condição de menor impacto ocorre quando os módulos sombreados estão localizados na mesma coluna ou distribuídos em um número limitado de colunas. Na verdade, essa observação é 100% verdadeira em matrizes fotovoltaicas sem o uso do diodo de bypass. Conforme demonstrado nesta dissertação, a condição de menor impacto também pode ocorrer quando os módulos sombreados estão distribuídos em colunas distintas se os diodos de bypass são utilizados na configuração. Dessa forma, essa dissertação apresenta a relação entre a posição e o número de módulos sombreados versus a energia gerada por uma matriz fotovoltaica série-paralelo parcialmente sombreada e, estabelece um conjunto de equações analíticas para estimar a tensão, corrente e potência em cada ponto de máxima potência local, usando apenas informações da folha de dados, da maneira mais simples e direta, sem recorrer à modelagem complexas, evitando completamente o procedimento iterativo, eliminando a incerteza de cálculo e reduzindo significativamente o tempo de execução. As expressões derivadas são validadas por meio de simulações. Verificou-se que a perda de potência de saída, está direta e principalmente relacionada à posição dos módulos sombreados na matriz fotovoltaica. It is true that the partial shading of a photovoltaic matrix reduces the capacity power generation. It is believed that the maximum power of a photovoltaic matrix partially shading is inversely proportional to the percentage of shading. With everything, it appears in the literature that this may not be the case. The maximum power of a matrix can be rendered insensitive to the percentage of shading if a critical point is reached and, this critical point depends on the size, number of shaded modules and the configuration of the matrix. It is constantly reported in the literature that in a photovoltaic matrix under conditions shading, the least impact condition occurs when the shaded modules are located in the same column or distributed over a limited number of columns. In fact, this observation is 100% true in photovoltaic arrays without using the bypass diode. As demonstrated in this dissertation, the condition with the least impact can also occur when the shaded modules are distributed in different columns if the bypass diodes are used in the configuration. Thus, this dissertation presents the relationship between the and the number of shaded modules versus the energy generated by a photovoltaic matrix partially shaded parallel series and establishes a set of analytical equations for estimate the voltage, current and power at each point of maximum local power, using only information from the data sheet, in the simplest and most direct way, without resorting to modeling complex, completely avoiding the iterative procedure, eliminating the calculation uncertainty and significantly reducing execution time. Derived expressions are validated by simulations. It was found that the loss of output power is directly and mainly related to the position of the shaded modules in the photovoltaic matrix.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Baseado nas preocupações com a crescente demanda por energia, e sua relação com o meio ambiente e o desenvolvimento, surge a proposta de implementar modelos sustentáveis de desenvolvimento para o setor da energia, estabelecidos com base na avaliação das relações da energia com o conceito de sustentabilidade. Neste contexto, esforços governamentais, institucionais e de pesquisadores na busca de novos recursos energéticos e condicionamento da energia, crescem mais a cada dia. O desenvolvimento de microrredes associadas a edifícios residenciais, comerciais, institucionais e governamentais, visando melhorar o aproveitamento energético das instalações na integração de fontes alternativas de energia, vem se destacando como uma alternativa técnica e economicamente viável. O presente trabalho se insere nesta linha, atráves de estudos e proposições matemáticas aplicáveis a qualquer estutura de microrredes em CC, considerando os mais variados tipos de cargas e modos de operação das fontes de energia local. No trabalho ainda é proposto o estudo de uma microrrede CC de dois barramentos com controle das unidades constituintes através do MPPT e droop. A técnica utilizada para controle das tensões nos barramentos é através da sinalização de barramento. As simulações são implementadas no software PSIM® a fim de avaliar a robustez do sistema de controle e validar o desempenho da microrrede CC proposta. Based on concerns about the growing demand for energy, and its relation to the environment and development, the proposal to implement sustainable development models for the energy sector, established based on the evaluation of energy relations with the concept of sustainability. In this context, government, institutional and research efforts in the search for new energy resources and energy conditioning, grow more every day. The development of microgrids associated with residential, commercial, institutional and governmental buildings, aiming at improving the energy utilization of the installations in the integration of alternative sources of energy, has been highlighted as a technical and economically viable alternative. The present work is inserted in this line, through studies and mathematical propositions applicable to any structure of DC microgrids, considering the most varied types of loads and modes of operation of the local energy sources. In the work is still proposed the study of a two-bus DC microgrid with control of the constituent units through MPPT and droop. The technique used to control bus voltages is through bus signaling. The simulations are implemented in PSIM® software to evaluate the robustness of the control system and to validate the performance of the proposed DC microgrid. Tese (Doutorado)

Este trabalho apresenta uma metodologia de desenvolvimento de controle digital para conversores de potência, onde se pode modelar toda a estrutura – conversor e sistema de controle – num mesmo ambiente, através da linguagem de descrição de hardware VHDL-AMS. Esta linguagem possibilita descrições comportamentais de toda a estrutura, podendo assim simular, testar e validar o sistema de controle digital sem a necessidade de um protótipo. O código VHDL do controle digital, devido à portabilidade da linguagem, pode então, ser utilizado para a implementação em uma FPGA ou ASIC. Os resultados de simulação mostram a possibilidade de implementação da metodologia, oferecendo possibilidades interessantes no controle de conversores de potência. This work describes a methodology for the development of the digital control of power converters, where the whole structure – converter and control system – can be modeled in the same environment through the hardware description language VHDL-AMS. This language allows a behavioral description for the whole structure, so that the control system can be simulated, tested and validated without the need of a prototype. The portability of the VHDL language allows the implementation of the digital control code in an ASIC or FPGA. Simulations results show the feasibility of the methodology offering interesting possibilities in power converter control.