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Orientador: Maria Cristina Dias Tavares Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: A presente pesquisa apresenta uma análise de sensibilidade do desempenho do Synchronous Static Compensator (STATCOM) sob diferentes condições de operação em regime permanente e transitório para avaliar o seu comportamento num sistema de distribuição de três fios. Os critérios de operação deste dispositivo de potência reativa controlável são baseados nos Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional (PRODIST) e nos Procedimentos de Rede do Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS). Foram considerados os seguintes indicadores de desempenho: Variação da frequência, Tensão em regime permanente, Desequilíbrio de tensão, Distorção Harmônica de Tensão e Variação da Tensão de Curta Duração (VTCD). A contribuição fundamental do trabalho é a modelagem da estratégia de controle na simulação no domínio do tempo de modo a avaliar o desempenho do compensador durante afundamentos e elevações da tensão, ajudando a limitar a variação da tensão no ponto de acoplamento com o sistema dentro dos limites permitidos da operação; e durante faltas, auxiliando a controlar as sobrecorrentes. Os casos foram simulados no programa PSCAD/EMTDC e a verificação do funcionamento dos seus componentes do sistema de controle no programa MATLAB Abstract: This research presents a sensitivity analysis of the performance of Synchronous Static Compensator (STATCOM) under different conditions of steady and transient operation aiming to evaluate its behavior in a three-wire distribution system. The operating criteria of this controllable reactive power device are based on the Brazilian Electrical System Distribution Procedures (PRODIST) and the Network Procedures of the Brazilian System Operator (ONS). The following relevant performance indicators were considered: Frequency Variation, Steady State Voltage, Voltage Imbalance, Harmonic Voltage Distortion and Short Term Voltage Variation (VTCD). The main contribution of the present document is the modeling of the control strategy in time domain simulation in order to evaluate the compensator performance during voltage sags and swells, helping to contain the voltage variation at the system coupling point within the limits allowed for the operation; and during faults, helping to control over-current. The simulated cases were performed with PSCAD / EMTDC program and the verification of the control system components operation with MATLAB program Mestrado Energia Elétrica Mestra em Engenharia Elétrica CAPES 88882.329367/2019-01

Submitted by Paloma Arruda (palomaoliiveira75@gmail.com) on 2021-02-11T19:57:07Z No. of bitstreams: 1 ZhijiaWu-min.pdf: 5045755 bytes, checksum: d7ac7e824ee1dd666a5072328f90a1b7 (MD5) Approved for entry into archive by Moreno Barros (moreno@ct.ufrj.br) on 2021-02-22T19:14:06Z (GMT) No. of bitstreams: 1 ZhijiaWu-min.pdf: 5045755 bytes, checksum: d7ac7e824ee1dd666a5072328f90a1b7 (MD5) Made available in DSpace on 2021-02-22T19:14:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ZhijiaWu-min.pdf: 5045755 bytes, checksum: d7ac7e824ee1dd666a5072328f90a1b7 (MD5) Previous issue date: 2019-12 A tese investiga o conceito de sistema de rigidez não linear na melhoria da conversão de energia das ondas para um conversor de energia das ondas do tipo absorvedor de ponto (PA). Uma esfera semissubmersível é adotada juntamente com as abordagens analíticas e de mesclagem no cálculo da força não linear de Froude-Krylov. A abordagem analítica é aprimorada para resolver a força não linear de Froude-Krylov na superfície molhada instantânea em condições regulares e irregulares de ondas com mais eficiência, ajustando a função de Bessel e a função exponencial com séries polinomiais adequadas de acordo com várias frequências de ondas. A análise estática de um sistema de rigidez não linear clássico com molas de compressão mecânica (NSMc) descreve três tipos de configurações: biestável, QZS (rigidez quase zero) e configuração monoestável. A resposta em condições de onda regulares indica que, com a abordagem não linear, a resposta de ressonância é empurrada até um período mais longo, além de ampliar a largura de banda da resposta. Um procedimento é estabelecido para determinar a região viável dos parâmetros do NSMc. Devido à consideração prática, as possíveis melhorias na conversão de energia das ondas associadas às vantagens do NSMc são dramaticamente enfraquecidas. Em seguida, a sistema de rigidez não linear alternativo com cilindros pneumáticos (NSPn) é investigado na sequência, mostrando que em sua região viável, a produção anual de energia não reduz muito. Para o clima de ondas com um longo período na região costeira do Rio de Janeiro, Brasil, a PA poderia colher mais energia das ondas com o NSPn do que com o controle de trava. Além disso, a menor taxa de potência pico/média mostra que, usando o NSPn, o processo de absorção de energia é mais suave. The thesis investigates the nonlinear stiffness system (NSS) concept in improving wave energy conversion for a point absorber (PA) type wave energy converter (WEC). One semi-submersible sphere is adopted together with the meshing and analytical approaches in calculating the nonlinear Froude-Krylov force. The analytical approach is improved to solve the nonlinear Froude-Krylov force at the instantaneous wetted surface in both regular and irregular wave conditions more efficiently through fitting Bessel function and exponential function with suitable polynomial series according to various wave frequencies. The static analysis of one classical NSS with mechanical compression springs (NSMc) describes three types of configurations: bi-stable, QZS (quasi-zero stiffness), and mono-stable configuration. The response in regular wave conditions indicates that with the nonlinear approach the resonance response is pushed even to a longer period range, besides broadening the response bandwidth. One procedure is established to determine the feasible region of NSMc parameters. Due to the practical consideration, the potential improvements in wave energy conversion associated with the NSMc’s advantages are dramatically weakened. Then the alternative NSS with pneumatic cylinders (NSPn) is investigated in the sequence, showing that in its feasible region, the annual energy production (AEP) does not reduce too much. For the wave climate featuring a long period in the nearshore region of Rio de Janeiro, Brazil, PA could harvest more wave energy with the NSPn, than with the latching control. Moreover, the lower peak-to-average power ratio shows that using the NSPn, the process of power absorption is smoother.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Propõe-se nesta tese a aplicação da transforma wavelet packet discreta redundante (TWPDR) para estimar, em tempo real, valores eficazes de tensões e correntes, potências básicas (potência ativa, potência total aparente, potência não-ativa e fator de potência) e de distorção. Adicionalmente, as ferramentas de análise de sinais desenvolvidas neste trabalho possibilitaram a proposição de um método para estimação de impedância da rede elétrica. A TWPDR fornece uma banda de frequência uniforme e possui a propriedade de invariância no tempo, o qual é ideal para estimação de índices de qualidade da energia associadas às potências e a impedância da rede em tempo real. O método de estimação de índices de qualidade da energia foi avaliado e comparado com o padrão IEEE 1459-2010 aplicado a diferentes cenários de operação, em que formas de onda sintéticas e distúrbios de qualidade da energia elétrica em regime estacionário e não-estacionário foram emulados em uma plataforma experimental. No que se refere a estimação de impedância da rede elétrica, o presente estudo foi desenvolvido com o objetivo de identificar a impedância de redes elétricas de baixa tensão interconectadas com sistemas de geração distribuída. A validação do método proposto foi realizada em uma geração distribuída implementada por uma planta fotovoltaica de 8 kWp conectada ao ponto de acoplamento comum de um alimentador trifásico composto por um trafo de potência nominal de 15 kVA. This thesis proposes the application of the stationary discrete wavelet packet transform (SDWPT) to properly estimate primary power quantities (active, total apparent, nonactive power, and power factor), and distortion power. Additionally, the analysis tools of signal processing developed in this work allowed the development of a method for estimating the grid impedance. The SDWPT provides a uniform frequency band and possesses the timeinvariance property, which is ideal for power estimation and grid impedance estimation in the real-time. The method of estimation of power quality indices was assessed and compared to the IEEE Standard 1459-2010 under different operational scenarios, where stationary synthetic waveforms and with both stationary and nonstationary power quality disturbances were emulating in an experimental setup. Regarding the grid impedance estimation, the current study was developed to identify the impedance of low voltage electric grids interconnected with distributed power generation systems. The validation of the proposed method was accomplished in a distributed generation implemented through the photovoltaic plant of 8 kWp connected to the point of common coupling of a threephase feeder composed by a transformer of 15 kVA.

Submitted by Aglair Aguiar (aglair@ct.ufrj.br) on 2019-09-09T14:02:36Z No. of bitstreams: 1 882151.pdf: 2717446 bytes, checksum: 4b13c34141c8da2efb48a8bc4d232b03 (MD5) Made available in DSpace on 2019-09-09T14:02:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 882151.pdf: 2717446 bytes, checksum: 4b13c34141c8da2efb48a8bc4d232b03 (MD5) Previous issue date: 2018-03 Sistemas como bombas de sangue e equipamentos situados em estações espaciais ou grandes torres requerem máquinas elétricas com operação confiável e altamente duráveis. Contato mecânico entre partes estáticas e rotativas é uma das principais causas de falhas em máquinas elétricas. A fim de eliminar completamente o contato mecânico, mancais magnéticos se tornaram uma alternativa aos tradicionais mancais mecânicos. Através do uso de ímãs permanentes e eletroímãs, tornou-se possível levitar as partes rotativas do motor, resolvendo o problema do desgaste e elevando a durabilidade, ao custo de aumentar a complexidade operacional do sistema. Neste tipo de máquina, a miniaturização se torna mais desafiadora. Estruturas para controle de posição são incluídas e um posicionamento altamente preciso é necessário. Cada fração de milímetro pode levar o rotor a tocar o estator. Adaptando a estrutura mecânica e os parâmetros eletromagnéticos de um motor com mancal magnético integrado, foi possível otimizar a distribuição de densidade de fluxo e aumentar o torque de um motor síncrono de ímãs permanentes miniaturizado, com posição altamente estável. Esta dissertação mostra o método empregado e os passos para atingir a versão final do modelo, bem como os resultados de análise por elementos finitos. Some systems like blood pumps and equipment positioned in space stations or high towers require electrical machines with highly reliable operation and extended durability. Mechanical contact between rotating and static parts are a major cause of failure in electrical machines. To eliminate mechanical contact completely, magnetic bearings rose as an alternative to the usual mechanical ones. Through use of permanent magnets and electromagnets, it became possible to levitate the rotating parts, addressing the wearing and durability problems, at the expense of an increase in complexity of operation. In this kind of machine, miniaturization becomes more challenging. Position control structures are included and highly stable positioning is required. Each fraction of millimeter can lead the rotor shaft to contact with the stator. By adapting the mechanical structure and electromagnetic parameters of a bearingless motor, it was possible to optimize flux density distribution and increase torque in a miniaturized permanent magnet synchronous motor, while keeping position stability high. This dissertation presents the method employed and the intermediate steps taken towards the final version, as well the finite element analysis results.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:17:09Z No. of bitstreams: 1 Rodrigo Rodrigues Vieira.pdf: 2937905 bytes, checksum: 4fc1282b68697727c231b8f183f723f5 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T19:17:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rodrigo Rodrigues Vieira.pdf: 2937905 bytes, checksum: 4fc1282b68697727c231b8f183f723f5 (MD5) Previous issue date: 2018-02-27 This work describes the development and analysis by digital simulations of a hybrid renewable energy system for feeding a small-sized desalination plant. The power renewable system must operate off the grid, and is based on wind turbine, solar panels and a bank of batteries. Based on a bibliographical research on several desalination methods, the reverse osmosis (RO) desalinator was chosen because it was considered the easiest commercial acquisition and the possibility of composing a low power system. The main elements in this process are a module with semipermeable membranes ("skid") and an induction type electric motor for the pumping of water under high pressure. Therefore, the power system is designed to meet the power demand of that engine. The performance of two hybrid system configurations that have been termed system topology 1 and 2 are analyzed. In both topologies the wind power converters are diode rectifier and DC-DC converter classic boost, the one for the photovoltaic solar array is a "boost"CC-CC converter, and a "buck-boost"converter manages the energy flow of the battery bank. This assembly forms the DC bus that feeds a three-level three-phase Neutral-Point Clamped (NPC) three-phase inverter. In the case of topology 2 the distinguishing point is the use of a voltage doubler that combines the two boost converters to form up the DC bus. This converter was developed by making a small modification to the classical topology of the quadrupler rectifier of Greinacher / Cockcroft-Walton. In each boost converter, a Maximum Power Point Tracking (MPPT) algorithm was implemented. In the case of battery bank modeling, given the complexity of this theme observed in the researched literature, a simplified and specific model for the system operation regime is realized. The analyzes were performed by considering different situations at extreme limits of maximum and minimum wind and solar irradiation to meet specific conditions of load demand. The commercial program PSIM is used in carrying out all analyzes. Este trabalho descreve o desenvolvimento e a análise por simulações digitais de um sistema híbrido de energia renovável, para uma planta de dessalinização de pequeno porte (inferior a 50 m3/dia) . O sistema de energia é do tipo isolado da rede elétrica e baseia-se em turbina eólica, painéis fotovoltaicos e um banco de baterias. A partir de uma pesquisa bibliográfica sobre diversos métodos de dessalinização, optou-se pelo dessalinizador por osmose reversa (reverse osmosis - RO), por considerar-se a maior facilidade de aquisição no comércio e possibilidade de compor-se um sistema de pequeno porte. Os elementos principais nesse processo são um módulo com membranas semipermeáveis e um motor elétrico de indução, para o bombeamento de água em alta pressão. O sistema de energia é projetado para atender a demanda de energia desse motor. é analisado o desempenho de duas configurações de sistema híbrido que foram denominadas de topologia de sistema 1 e 2. Em ambas as topologias, os conversores da fonte eólica são retificadores à diodos além de possuir conversores CC-CC elevador de tensão (boost) clássico, tanto para o eólico como para o arranjo solar fotovoltaico. No banco de baterias, um conversor buck-boost gerencia o fluxo de energia. Esse conjunto forma o barramento CC que alimenta um inversor trifásico multinível com grampeamento do ponto de neutro (Neutral-Point Clamped-NPC) de três níveis. No caso da topologia 2 o diferencial está no uso de um dobrador de tensão que combina os dois conversores boost para formar o barramento CC. Esse dobrador foi elaborado realizando-se uma pequena modificação na topologia clássica do retificador quadruplicador de Greinacher/Cockcroft-Walton. Em cada conversor boost, foi implementado um algoritmo de rastreamento do ponto de máxima potência (Maximum Power Point Tracking - MPPT). No caso da modelagem do banco de baterias, dada a complexidade desse tema observada na literatura pesquisada, é realizado um modelo simplificado e específico para o regime de operação do sistema. As análises consideraram situações distintas e limites extremos de máximo e mínimo vento e de irradiação solar para atender condições específicas de demanda de carga.

Submitted by Aglair Aguiar (aglair@ct.ufrj.br) on 2019-06-03T16:50:20Z No. of bitstreams: 1 878559.pdf: 4989256 bytes, checksum: 2533f83296298640114d6af3b2560151 (MD5) Made available in DSpace on 2019-06-03T16:50:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 878559.pdf: 4989256 bytes, checksum: 2533f83296298640114d6af3b2560151 (MD5) Previous issue date: 2017-08 Inicialmente, propõe-se o desenvolvimento de um processo de otimização para determinar as dimensões ótimas de um conversor de energia da onda (CEO) de tipo point absorber. A metodologia é baseada em simulações no domínio da frequência e um método de análise estatística chamado “planejamento de experimentos”. Em seguida, utilizando os resultados preliminares, uma abordagem é adotada com base em uma série de análises no domínio do tempo para determinar as dimensões ótimas do CEO, utilizando controle latching com intervalo de travamento fixo. O objetivo é determinar as dimensões ótimas de um sistema que absorve máxima potência na faixa de ondas predominantes do mar local. Além disso, é desenvolvido um modelo numérico do tipo wave-to-wire, para a análise de desempenho do dispositivo de conversor de energia de onda proposto pela COPPE/Seahorse nas condições de mar próximo da costa do Rio de Janeiro. O código é modificado para modelar um sistema de geração da energia elétrica (power take-off), que consiste em uma caixa de engrenagem e um gerador rotativo. Adicionalmente, propõe-se um controle latching adaptado, baseado nas características do dispositivo, com o objetivo de otimizar a produção de energia elétrica. Os resultados são comparados com o dispositivo sem a aplicação do sistema de controle. Initially, an optimization process is proposed to determine the optimum dimensions of a control-free point absorber wave energy converter (WEC). The methodology is based on frequency domain simulation of the WEC oscillations and a statistical analysis method called “design of experiment” (DOE). Then, using the preliminary results, an approach based on a series of time domain analyses is adapted to obtain the optimum dimensions of a point absorber controlled by a constant-delay latching. The optimization goal is to maximize both WEC absorbed power and absorption bandwidth when providing a natural period close to the predominant wave periods of the sea site. In addition, a wave-to-wire numerical model is developed to address the performance of the COPPE/Seahorse device in the nearshore Rio de Janeiro. The code is adapted to model a specific PTO system consisting of a gearbox and a rotational generator. An adapted constant-delay latching control aiming at the optimization of the WEC power generation is proposed and the results are compared to the control-free model.

Submitted by Aglair Aguiar (aglair@ct.ufrj.br) on 2019-02-01T16:36:02Z No. of bitstreams: 1 866219.pdf: 1546055 bytes, checksum: a4bdd9b49dc2840d6c03469570e40712 (MD5) Made available in DSpace on 2019-02-01T16:36:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 866219.pdf: 1546055 bytes, checksum: a4bdd9b49dc2840d6c03469570e40712 (MD5) Previous issue date: 2017-03 Esta dissertação apresenta um estudo de um controle de velocidade de um motor de indução trifásico por orientação de campo magnético, sem sensores e interligado através de um umbilical submarino. Para este estudo, o modelo elétrico reproduz um sistema que é empregado para acionamento de bombas submarinas e que são utilizadas para elevação de óleo em campos marítimos. O cabo longo e a ausência de sensores, requisitos da aplicação, podem prejudicar ou comprometer o desempenho do motor. Para viabilizar o controle por orientação de campo, este trabalho traz para esta aplicação o uso de observadores de campo e estimadores de velocidade que substituem os sensores, normalmente utilizados neste tipo de controle. Para melhorar o desempenho, o trabalho ainda apresenta uma técnica para compensar matematicamente os efeitos do cabo e filtro utilizados no sistema elétrico e que estão instalados na saída do conversor. O sistema proposto é submetido à simulações que reproduzem diferentes condições de operações previstas de ocorrer em campo. As simulações realizadas ainda apresentam a comparação do desempenho do controle proposto frente ao desempenho do sistema operando com um controle escalar. Os resultados encontrados mostram que o controle de velocidade por orientação de campo proposto para a aplicação utilizando cabo longo é robusto e viável. This work presents a study of sensorless speed control by field orientation considering the use of a three-phase induction motor fed through long cables through subsea umbilicals. For this study, the adopted electrical model reproduces a system that is used to drive a subsea pump in offshore oil fields. The long tieback and the absence of sensors, as an application requirement, can undermine or compromise motor performance. To make the field-oriented control feasible to the proposed scenario, this work brings the use of field observers and speed estimators instead the use of sensors that are typically used in this type of control. To improve performance, this dissertation brings a technique to compensate the effects of cable and filter installed in the output of the converter. The proposed system is submitted to simulations that reproduce different conditions of predicted field operations. The simulations also show the comparison of the performance of the proposed control against the performance of the system with a scalar control. The results here presented show that the speed control proposed for the application using long cable is robust and feasible.

Submitted by Aglair Aguiar (aglair@ct.ufrj.br) on 2019-01-15T14:32:53Z No. of bitstreams: 1 867057.pdf: 1849118 bytes, checksum: b3484357b5a52e8a67023d8c30322317 (MD5) Made available in DSpace on 2019-01-15T14:32:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 867057.pdf: 1849118 bytes, checksum: b3484357b5a52e8a67023d8c30322317 (MD5) Previous issue date: 2017-02 O conversor multinível modular (CMM) tem sido um tema de grande interesse para os pesquisadores da área de eletrônica de potência e, por isso, tem-se estudado o emprego dessa topologia nas mais diversas áreas de aplicação, principalmente em sistemas de transmissão em corrente contínua em alta tensão. Neste sentido, este trabalho descreve o modelo do conversor CMM, com submódulos em meia ponte e ponte completa, associado a uma estratégia de controle preditivo com base em modelos. Esta estratégia utiliza um número reduzido de estados para controle do fluxo de potência entregue à rede, o qual é realizado mediante a regulação das correntes do lado CA do conversor, além de minimizar as componentes de correntes circulantes. O algoritmo usado para balancear as tensões dos capacitores foi desenvolvido com base em algoritmos de ordenação, mas também foi feito uso do conceito de função de custo. Para verificar o desempenho da estratégia de controle adotada, foram feitas análises qualitativas por meio de testes de simulação. Estes testes foram realizados no ambiente de simulações de circuitos PSIM, no qual foi modelado todo o circuito através de sua interface gráfica, e a lógica do sistema de controle foi programada em linguagem C. Foram realizados, ainda, testes em um protótipo experimental cujo circuito é referente a uma perna do CMM, e os resultados obtidos confirmam o modelo. Vale ressaltar que nesses testes não foi analisada a corrente circulante. The modular multilevel converter (MMC) has been a subject of increasing interest for power electronics researchers. Therefore, the use of this topology in the most diverse application areas has been studied, especially in high voltage direct current transmission systems. Thus, this work describes the MMC converter model, considering both half and full-bridge submodules, associated with a model predictive control strategy, which considers a reduced number of states to control the power flow delivered to the grid, through AC current regulation; and for minimizing circulating current components. The algorithm used to implement the balancing of submodules’ capacitor voltages was developed based on sorting methods, but also considering the cost function idea. In order to verify the performance of the adopted strategy, qualitative analyses were made based on simulation results conducted in the environment of circuit simulation PSIM, in which the logic of the control system was programmed in C language. Tests were also carried out on an experimental prototype whose circuit refers to one leg of the MMC, and the results obtained confirm the model. In these tests the circulating current was not analyzed.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:18:40Z No. of bitstreams: 2 Cleiton Magalhaes Freitas_Pt1.pdf: 2628385 bytes, checksum: 78983357e8b66b02c346251ef8b6611e (MD5) Cleiton Magalhaes Freitas_Pt2.pdf: 6216309 bytes, checksum: 7a4378a1afb9156be6aaeaa7ce97db17 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T19:18:40Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Cleiton Magalhaes Freitas_Pt1.pdf: 2628385 bytes, checksum: 78983357e8b66b02c346251ef8b6611e (MD5) Cleiton Magalhaes Freitas_Pt2.pdf: 6216309 bytes, checksum: 7a4378a1afb9156be6aaeaa7ce97db17 (MD5) Previous issue date: 2014-07-16 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior This work presents some contributions involving control algorithms for active and hybrid filters connected in 3 or 4-wire three-phase electrical grids. In relation to the control algorithms for active filters, the contribution results from the extension involving the concepts of selective harmonic filtering to compensate unbalanced and harmonic currents in a 4-wire three-phase electrical grid. These algorithms derive from the instantaneous power theory (pq theory) together with a synchronizing PLL-circuit. It is important to mention that these algorithm do not use the currents consumed by the loads, i.e, only the voltages at the point common coupling (PCC) are used to determine the reference harmonic currents. Only the output converter currents were used as a feedback to the PWM control. These algorithms were also employed in a hybrid filter to compensate harmonic currents in a 3-wire three-phase electrical grid. Finally, some improvements on these control algorithms were done, such that the output converter currents used as a feedback of the PWM control were eliminated. Simulations results were provided in order to analyze the behavior of the active and hybrid filters in the aforementioned conditions. Este trabalho apresenta contribuições para algoritmos de controle utilizados em filtros ativos e híbridos conectados em redes elétricas trifásicas a 3 ou a 4 fios. Em relação aos algoritmos de controle para filtros ativos, a contribuição consiste em estender o conceito da filtragem harmônica seletiva para compensação de correntes harmônicas e desequilibradas em uma rede trifásica a 4 fios. Esses algoritmos derivam dos conceitos utilizados na teoria da potência instantânea (teoria pq), em conjunto com um circuito de sincronismo PLL. É importante ressaltar que estes algoritmos não utilizam as correntes consumidas pelas cargas, ou seja, apenas as tensões no ponto da rede onde o filtro está conectado são utilizadas para determinação das correntes harmônicas de referência. Apenas as correntes na saída do conversor são utilizadas como realimentação do controle PWM. Estes algoritmos também foram utilizados no filtro híbrido para compensação de correntes harmônicas em uma rede trifásica a 3 fios. Por fim foi feito uma alteração nesses algoritmos de controle que permite eliminar as correntes utilizadas na realimentação do controle PWM. Resultados de simulação são apresentados com objetivo de observar o comportamento desses algoritmos tanto no filtro ativo quanto no híbrido nas condições mencionadas.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Esta dissertação apresenta uma estratégia para controlar um filtro ativo de potência (FAP) paralelo bifásico a três fios. A aplicação desse FAP pode ser implementada como uma funcionalidade extra do conversor fonte de tensão do sistema de propulsão de veículos elétricos (VE), o que seria útil para compensar instalações elétricas residenciais e comerciais com fornecimento de energia bifásico a três fios. Apresenta-se o princípio de funcionamento do FAP bifásico e é tratada sua modelagem matemática. É feita uma revisão dos conceitos de potências instantâneas p e q em sistemas monofásicos, a chamada teoria p–q monofásica. É mostrada ainda a interpretação dessas grandezas e sua relação com as potências ativa e reativa convencionais. Em seguida, são feitas adaptações na implementação dessa teoria. A principal adaptação está na forma de implementar as transformações αβ monofásicas. Com essas adaptações, a teoria p–q modificada é utilizada para descrever o algoritmo de controle desenvolvido para o FAP bifásico. A estratégia de compensação adotada consiste na compensação de todas as componentes harmônicas de corrente, da potência reativa e na equalização das correntes nas fases envolvidas. São apresentados resultados obtidos em estudos de simulação da operação do FAP bifásico em regime permanente e sob transitórios das cargas. O trabalho mostra ainda alguns resultados experimentais do FAP em operação. Conclui-se que os resultados obtidos validam o princípio de operação do FAP bifásico e a estratégia de controle proposta. This thesis presents an strategy to control a two–phase, three-wire shunt active power filter (APF). This APF can be implemented as an extra functionality of the embedded voltage source converter in the propulsion system of an electric vehicle (EV). This application would be useful in the compensation of residential and commercial electrical installations fed by a two–phase three–wire grid connection. The working principle of shunt two-phase APF is presented and its mathematical models are also treated. Concepts of the instantaneous powers p and q, called single-phase p–q theory, are reviewed. The relationship between these quantities and the conventional active and reactive powers is discussed. Then, some adaptations are done in the implementation of such theory. The main one is related to the implementation method of singlephase αβ transformations. After these adaptations, the modified p–q theory is used to described the developed algorithm to control the two–phase APF. The adopted control strategy consists of compensating all current harmonics and reactive power, as well as equalizing currents in involved phases. Simulation results are presented to show the APF operation in steady-state and under load changes. Yet, some experimental results are presented to show the APF in operation. The obtained results validate the presented working principle and the control strategy proposed in this thesis.

Orientadores: Luiz Carlos Pereira da Silva, Fernando Pinhabel Marafão Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Considerando as mais variadas aplicações relacionadas aos sistemas elétricos modernos, um dos grandes desafios das últimas décadas têm sido a interpretação e controle dos fenômenos físicos através das chamadas teorias de potência. Aplicações relacionadas, por exemplo, com o projeto e controle de dispositivos e sistemas têm sido influenciadas pela presença de distorções de formas de onda, bem como assimetrias relacionadas a cargas desbalanceadas nos sistemas polifásicos. Somem-se a isto as últimas tendências relacionadas às redes com geração distribuída, em especial as micro-redes, as quais estão sujeitas a variações de frequência, além de serem mais susceptíveis aos distúrbios provocados pelas cargas. Neste contexto, a análise e operação dos sistemas elétricos tornam-se ainda mais complexas. Neste sentido, este trabalho traz contribuições à chamada Teoria de Potência Conservativa proposta inicialmente pelos professores P. Tenti e P. Mattavelli, da Universidade de Pádua (Itália), onde parte deste trabalho foi realizado. Em particular, a influência da variação de frequência, distorção e/ou assimetria de tensão são analisadas. Assim, a reformulação da teoria proposta fornece uma base apropriada para lidar com a necessidade de caracterização dos modernos sistemas elétricos. Através da teoria proposta, uma possível abordagem para atribuição de responsabilidades será apresentada, a qual permite a caracterização e a separação das responsabilidades entre a carga e a fonte, além de oferecer uma plataforma para o desenvolvimento de técnicas de controle cooperativo para compensadores de potência chaveados e compensadores estáticos de potência. Tanto as contribuições à Teoria de Potência Conservativa, quanto sua aplicação para o controle cooperativo de compensadores de distúrbios serão validadas no trabalho através da simulação computacional de diversos circuitos elétricos, sob diferentes condições de operação. Além disto, resultados de medição serão apresentados para validar a proposta de separação das responsabilidades na geração de distúrbios, sejam estes originários nas cargas ou nas fontes do sistema elétrico Abstract: Considering the various applications related to the modern power systems, one of the major challenges in the last decades has been the interpretation and control of the physical phenomena using the so called power theories. Applications related to the project and control of devices and systems have been influenced by the presence of waveform distortions, as well as voltage asymmetries caused by unbalanced loads in polyphase systems. In addition, the last trends related to distributed generation networks, especially micro-grids, are vulnerable to frequency deviation and are more sensitive to load disturbances. In this scenario, the analysis and operation of the power system became even more complex. In such context, this work brings some contributions to the so called Conservative Power Theory, initially proposed by professors P. Tenti and P. Mattavelli, from the University of Padova (Italy), where part of the work has been realized. The influence of frequency deviation, distortion and/or asymmetry of the measured voltages have been analyzed. As a result, the proposed renewed theory provides a proper basis to lead to the characterization of modern power systems. Considering the proposed theory, a possible accountability approach has been presented, which allows the characterization and separation of load and supply responsibilities. Besides, it provides a platform for designing cooperative control techniques for distributed switching power converters and static reactive compensator. Both, the contributions to the Conservative Power Theory and its application to the cooperative control of power conditioners have been evaluated by means of computational simulation of different electrical circuits. In addition, the proposed accountability approach has been validated by means of experimental data measurements Doutorado Energia Elétrica Doutor em Engenharia Elétrica