Aplicações de conversores multiníveis modulares no processamento e condicionamento da energia elétrica
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2019 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFJF |
Texto Completo: | https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/11332 |
Resumo: | Neste documento é apresentado um estudo sobre a aplicação de conversores multiníveis modulares MMC para mitigação de componentes harmônicas em redes elétricas de média e alta tensão. Devido a` estrutura inteiramente modular do conversor é possível sintetizar tensões e correntes com um número de níveis diretamente proporcional á quantidade de módulos ligados em série. Por este motivo, a conexão do MMC pode ser feita diretamente á rede de distribuição primária sem o uso de transformadores. Para alcançar o objetivo proposto, o conversor é analisado segundo modelos matemáticos simplificados, nos quais, os diversos módulos ligados em série são tratados como fontes de tensão controladas. Com base nestes modelos matemáticos, são projetados os controladores do barramento CC, das correntes sintetizadas nos terminais CA e das correntes circulantes entre as fases do MMC. Os sinais de referência para os controladores são obtidos por meio da teoria das potências instantâneas, enquanto o projeto dos controladores é realizado no sistema de eixos ortogonais (α,β). Apesar da utilização de um controlador dedicado para regular a tensão do barramento CC, este não garante a equalização das tensões nos capacitores dos módulos do MMC. Para esta finalidade é implementado um algoritmo capaz de ordenar hierarquicamente os módulos em função das tensões de seus capacitores. A cada novo ciclo de trabalho são determinados quais módulos devem ficar ativos e quais devem ficar inativos. Desta forma, o processo de carga e descarga dos módulos permanece balanceado durante a operação do MMC como compensador estático de reativos e como filtro ativo shunt. Resultados de simulações computacionais são apresentados para validar os modelos matemáticos e as estratégias de controle propostas. Adicionalmente, os resultados de simulações em tempo real realizadas em plataforma hardware-in-the-loop contribuem na análise do desempenho dos algoritmos de controle e ordenação. Resultados experimentais obtidos em um protótipo trifásico evidenciam o funcionamento do sistema. Por fim, são apresentadas as propostas complementares para prosseguir o desenvolvimento deste estudo. |
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Por este motivo, a conexão do MMC pode ser feita diretamente á rede de distribuição primária sem o uso de transformadores. Para alcançar o objetivo proposto, o conversor é analisado segundo modelos matemáticos simplificados, nos quais, os diversos módulos ligados em série são tratados como fontes de tensão controladas. Com base nestes modelos matemáticos, são projetados os controladores do barramento CC, das correntes sintetizadas nos terminais CA e das correntes circulantes entre as fases do MMC. Os sinais de referência para os controladores são obtidos por meio da teoria das potências instantâneas, enquanto o projeto dos controladores é realizado no sistema de eixos ortogonais (α,β). Apesar da utilização de um controlador dedicado para regular a tensão do barramento CC, este não garante a equalização das tensões nos capacitores dos módulos do MMC. Para esta finalidade é implementado um algoritmo capaz de ordenar hierarquicamente os módulos em função das tensões de seus capacitores. 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Due to the fully modular topology of the converter it is possible to synthesize voltages and currents with a number of levels directly proportional to the number of modules con-nected in series. For this reason, the MMC can be connected to the high voltage side of distribution network with no need of magnetic transformers. To achieve the objec-tives, the converter is analyzed according to simplified mathematical models in which the modules are treated as controlled voltage sources. Based on these mathematical models, the DC bus controller, the AC currents controller and circulating currents controller are designed. The reference signals for the controllers are obtained from the instantaneous power theory, while the design of the controllers is performed in the orthogonal axis system (α,β). Despite the use of dedicated controller for the DC bus, this does not guarantee the capacitors voltages equalization of the MMC modules. For this purpose, it is designed an algorithm capable to ordering in an ordinary way the modules according to their capacitors voltages. For each new time step the modules that be active are selected while the other ones remain in the inactive state. Thus, the capacitors charge and discharge process remains balanced during normal operation of the MMC as reactive power compensator and as shunt active power filter. Simulation results are presented to validate the mathematical models and control strategies. In addition, hardware-in-the-loop simulation results contribute to the analysis of closed-loop controls and sorting algorithms. Experimental results obtained in a three-phase prototype show the system operation. Finally, the complementary proposals for the development of this study are presented.porUniversidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)Programa de Pós-graduação em Engenharia ElétricaUFJFBrasilFaculdade de EngenhariaAttribution-ShareAlike 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICAConversor multinível modularMMCFiltro ativo shuntControlador digital de sinaisAlgoritmo de ordenaçãoModular multilevel converterMMCShunt active power filterDigital signal controllerSort algorithmAplicações de conversores multiníveis modulares no processamento e condicionamento da energia elétricainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFJFinstname:Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)instacron:UFJFORIGINALfredericotoledoghetti.pdffredericotoledoghetti.pdfapplication/pdf13767872https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/11332/1/fredericotoledoghetti.pdf5e3da3cc6c98fe4ea27c94fa53e8c63eMD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-81031https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/11332/2/license_rdf9b85e4235558a2887c2be3998124b615MD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/11332/3/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD53TEXTfredericotoledoghetti.pdf.txtfredericotoledoghetti.pdf.txtExtracted texttext/plain262186https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/11332/4/fredericotoledoghetti.pdf.txt3ac73e4a7e8e333259ba1d4e230b8df1MD54THUMBNAILfredericotoledoghetti.pdf.jpgfredericotoledoghetti.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1156https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/11332/5/fredericotoledoghetti.pdf.jpg9e06971f7d1646490c163cfdc902724cMD55ufjf/113322019-11-23 04:07:03.54oai:hermes.cpd.ufjf.br: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Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufjf.br/oai/requestopendoar:2019-11-23T06:07:03Repositório Institucional da UFJF - Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)false |
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