Contributions to power conditioning tecniques in two-phase three-wire eletric networks
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Data de Publicação: | 2019 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | eng |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFJF |
Texto Completo: | https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/11263 |
Resumo: | Esta tese de doutorado trata de aplicações de condicionamento de energia em circuitos elétricos bifásicos a três fios oriundos de sistemas trifásicos a quatro fios. Esse tipo de aplicação pode ser útil no futuro em redes modernas de energia, em especial para consumidores residenciais e pequenas instalações comerciais. Uma adaptação da Teoria pq é proposta como forma de utilizar os conceitos de potências instantâneas em circuitos bifásicos a três fios. Uma transformação linear é proposta para mapear tensões e correntes bifásicas para o sistema de coordenadas ortogonais ab. Análises matemáticas no domínio do tempo são utilizadas como forma de apresentar o comportamento das potências instantâneas bifásicas, bem como sua interpretação, sendo comparadas com conceitos encontrados na literatura de potências instantâneas monofásicas e trifásicas. Os conceitos de potências bifásicas são utilizados para projetar algoritmos de controle conversores conectados em paralelo à rede elétrica, especialmente para realizar funções de filtro ativo de potência. É também proposto um algoritmo de detecção da tensão de sequência positiva, na frequência fundamental através da medição de duas tensões de fase apenas. Duas diferentes estratégias de controle são apresentadas para controle do filtro ativo paralelo: estratégia de operação duplo monofásico e a estratégia de mitigação da corrente de neutro. O detector de sequencia positiva adaptado para sistemas bifásicos foi implementado em um protótipo de laboratório e os resultados experimentais obtidos são usados como validação da estrutura proposta. Estudos de simulação foram também realizados para avaliar os algoritmos de controle propostos como um todo. Os resultados obtidos confirmaram a eficácia das estratégias de controle propostas para compensação de correntes harmônicas, potência reativa e desequilíbrios de correntes causados pela carga bifásica. Além disso, é mostrado que a estratégia de compensação para corrente de neutro zero é útil para evitar ou reduzir desequilíbrios de sequência zero em redes de distribuição e microrredes. As propostas para a continuação desta pesquisa incluem o aprofundamento da implementação experimental, aplicações de injeção de potência ativa na rede elétrica e medições de campo para quantificar a influência de desequilíbrios de sequência zero nos sistemas de controle propostos. |
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Barbosa, Pedro Gomeshttp://lattes.cnpq.br/Soares, Guilherme MárcioAlmeida, Pedro Machado deMonteiro, Luís Fernando CorrêaBrandão, Danilo Iglesiashttp://lattes.cnpq.br/Furtado, Pablo Carlos de Siqueira2019-11-07T15:35:12Z2019-10-302019-11-07T15:35:12Z2019-07-26https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/11263Esta tese de doutorado trata de aplicações de condicionamento de energia em circuitos elétricos bifásicos a três fios oriundos de sistemas trifásicos a quatro fios. Esse tipo de aplicação pode ser útil no futuro em redes modernas de energia, em especial para consumidores residenciais e pequenas instalações comerciais. Uma adaptação da Teoria pq é proposta como forma de utilizar os conceitos de potências instantâneas em circuitos bifásicos a três fios. Uma transformação linear é proposta para mapear tensões e correntes bifásicas para o sistema de coordenadas ortogonais ab. Análises matemáticas no domínio do tempo são utilizadas como forma de apresentar o comportamento das potências instantâneas bifásicas, bem como sua interpretação, sendo comparadas com conceitos encontrados na literatura de potências instantâneas monofásicas e trifásicas. Os conceitos de potências bifásicas são utilizados para projetar algoritmos de controle conversores conectados em paralelo à rede elétrica, especialmente para realizar funções de filtro ativo de potência. É também proposto um algoritmo de detecção da tensão de sequência positiva, na frequência fundamental através da medição de duas tensões de fase apenas. Duas diferentes estratégias de controle são apresentadas para controle do filtro ativo paralelo: estratégia de operação duplo monofásico e a estratégia de mitigação da corrente de neutro. O detector de sequencia positiva adaptado para sistemas bifásicos foi implementado em um protótipo de laboratório e os resultados experimentais obtidos são usados como validação da estrutura proposta. Estudos de simulação foram também realizados para avaliar os algoritmos de controle propostos como um todo. Os resultados obtidos confirmaram a eficácia das estratégias de controle propostas para compensação de correntes harmônicas, potência reativa e desequilíbrios de correntes causados pela carga bifásica. Além disso, é mostrado que a estratégia de compensação para corrente de neutro zero é útil para evitar ou reduzir desequilíbrios de sequência zero em redes de distribuição e microrredes. As propostas para a continuação desta pesquisa incluem o aprofundamento da implementação experimental, aplicações de injeção de potência ativa na rede elétrica e medições de campo para quantificar a influência de desequilíbrios de sequência zero nos sistemas de controle propostos.This doctoral thesis deals with power conditioning applications in two-phase three-wire electric circuits derived from three-phase four-wire systems. This kind of application can be useful in modern electricity networks, specially for residential and small commercial consumers. An adaptation of the pq Theory is proposed to use the concepts of instantaneous powers in twophase three-wire circuits. A linear transformation is proposed to map two-phase voltages and currents into an orthogonal ab reference frame. Time-domain mathematical analyses are used to present the behaviour and interpretation of two-phase instantaneous powers, comparing the proposed definitions with single-phase and three-phase instantaneous powers theories found in the literature. The concepts of two-phase instantaneous powers are used to design algorithms to control a shunt grid-connected converter, specially to be used as active power filter. It is also proposed an algorithm to detect fundamental-frequency positive-sequence voltages by measuring only two phase-voltages of the grid. Two different strategies are presented to control the shunt active power filter: double single-phase strategy and zero neutral current strategy. The adapted two-phase positive-sequence detector is implemented in a laboratory prototype and experimental results validate the effectiveness of the proposed positive-sequence detector. Simulation studies are also performed to validate the proposed control algorithms for two-phase power conditioning equipment. The obtained results confirm the effectiveness of the two proposed control strategies to compensate load reactive power and currents’ harmonic components and unbalances. Furthermore, the zero-neutral current strategy shows to be suitable to avoid or reduce zero-sequence unbalances in distribution grids and microgrids. Proposals for future studies include further experimental implementation, active power injection applications and field measurements to evaluate the influence of zero-sequence voltage unbalances in the proposed controllers.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorengUniversidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)Programa de Pós-graduação em Engenharia ElétricaUFJFBrasilFaculdade de Engenhariahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICAPower conditioningActive power filtersPower qualityP–q theoryCondicionamento de energiaFiltros ativos de potênciaQualidade de energiaTeoria p–qContributions to power conditioning tecniques in two-phase three-wire eletric networksinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFJFinstname:Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)instacron:UFJFLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/11263/3/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD53ORIGINALpablocarlosdesiqueirafurtado.pdfpablocarlosdesiqueirafurtado.pdfapplication/pdf4831553https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/11263/1/pablocarlosdesiqueirafurtado.pdf3ee16cdc795df4d72e3278b30f1a1082MD51TEXTpablocarlosdesiqueirafurtado.pdf.txtpablocarlosdesiqueirafurtado.pdf.txtExtracted texttext/plain253056https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/11263/4/pablocarlosdesiqueirafurtado.pdf.txtfe0ba065d754b0cdab7a3a495fa2fe69MD54THUMBNAILpablocarlosdesiqueirafurtado.pdf.jpgpablocarlosdesiqueirafurtado.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1184https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/11263/5/pablocarlosdesiqueirafurtado.pdf.jpg8966cb90d0ee153ae2153995902951e9MD55CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/11263/2/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD52ufjf/112632019-11-08 04:07:08.595oai:hermes.cpd.ufjf.br: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Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufjf.br/oai/requestopendoar:2019-11-08T06:07:08Repositório Institucional da UFJF - Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)false |
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