Conversores multiníveis modulares: contribuições ao estudo e ao desenvolvimento de sistemas de controle distribuídos
Resumo
Esta Tese de Doutorado apresenta contribuições ao estudo e ao desenvolvimento
de sistemas de controle distribuídos aplicados ao Conversor Multinível Modular (MMC)
operando com elevado número de submódulos (SMs), que é uma das topologias mais
promissoras de conversores multiníveis, principalmente em aplicações em alta tensão e
alta potência. Inicialmente, são apresentados o princípio de funcionamento, os principais
conceitos e uma análise do fluxo de potência do conversor. Com base na análise do fluxo
de potência, é proposto um sistema de controle para garantir o balanço de potência entre
o barramento CC e a rede elétrica CA, a distribuição de potência entre os polos e o ajuste
individual das tensões dos capacitores, sendo controladas as N–1 tensões dos capacitores.
Um dos principais desafios do uso do MMC é a forma de implementação dos sistemas
de controle, modulação e comunicação. Sugere-se que o funcionamento adequado do
MMC seja obtido através de sistemas de controle, modulação e comunicação facilmente
expansíveis. Assim, é proposta uma estrutura de controle distribuído que possibilita a
redução do fluxo de informações necessárias entre os SMs para implementar o sistema de
controle do MMC fazendo o uso de observadores por modos deslizantes. Através deste
conceito, o desenvolvimento dos observadores é apresentado em duas análises principais:
(i) observador das tensões equivalentes em tempo contínuo, discretizados para a implementação
em processadores; e (ii) observador das tensões equivalentes em tempo discreto.
Em relação aos observadores em tempo contínuo é apresentada a metodologia de projeto
em tempo contínuo e resultados dos observadores discretizados. Já para o observador
no tempo discreto é apresentada a metodologia de projeto para garantir desempenhos
transitório e em regime permanente e resultados do observador discreto. Além disso, são
apresentadas as análises de estabilidade por Lyapunov de cada observador. Resultados de
simulações e experimentais do sistema completo são apresentados considerando o desempenho
dos observadores e do sistema de controle sob diferentes condições de operação.
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