dc.creator | De Paris, Jean-Michel | |
dc.date.accessioned | 2023-08-16T11:58:56Z | |
dc.date.available | 2023-08-16T11:58:56Z | |
dc.date.issued | 2023-08-11 | |
dc.identifier.uri | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/29942 | |
dc.description.abstract | This Doctoral Thesis proposes a grid emulation system for Distributed Energy Resources (DER) testing using a cascaded multilevel converter, with the aim of mitigating
problems related to two-level converters that exist in most grid emulators, such as low efficiency, greater presence of harmonics and bulky output filter. For this purpose, a method
called Geometrical Modulated Model Predictive Control (GM2PC) is used for three-phase
inverters using LC filters, which was developed in this work to solve problems found in
the conventional MPC technique, such as variable switching frequency, high computational burden and spread harmonic spectrum. The aim of the method is to ensure the
desired voltage synthesis by limiting the current through the filter inductor. In addition,
the method presents low computational burden, fixed switching frequency, deals with the
overmodulation issue, does not present weighting factor or cascaded control structure,
and also has the ability to distribute the PWM signals among the modules of cascaded
multilevel converters in a fast and efficient manner. To achieve this, the discrete-time
modeling of the used configuration will be presented, followed by a convex optimization
problem formulation with two quadratic inequality constraints to minimize the output
tracking error. To solve the problem, each constraint is treated as a circular area on the
space vector diagram, one for voltage synthesis and the other for current limiting. The
Karush-Kuhn-Tucker conditions are used to obtain an unconstrained solution which identifies the mode in which the method should operate. The GM2PC method will be used in
this work with a 5-level cascaded multilevel converter to demonstrate the operation of the
grid emulation system prototype through commonly used voltage perturbation in DER
testing. The results demonstrate that the method is able to work when using linear load,
non-linear load absorbing or supplying power, unbalanced load, under short-circuit condition, besides being able to emulate grid impedance. The harmonic contents and execution
times of the proposed method were also analyzed in comparison with other methods and
for different converters. Finally, a theoretical proposal of a real grid emulation system
with high power for DER testing is presented. | eng |
dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES | por |
dc.language | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de Santa Maria | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | * |
dc.subject | Controle preditivo por modelo | por |
dc.subject | Conversor multinível em cascata | por |
dc.subject | Emulação de rede | por |
dc.subject | Teste de DER | por |
dc.subject | Cascadad multilevel converter | eng |
dc.subject | DER testing | eng |
dc.subject | Grid emulation | eng |
dc.subject | Model predictive control | eng |
dc.title | Sistema de emulação de rede com conversor multinível em cascata e controle preditivo por modelo para teste de recursos energéticos distribuídos | por |
dc.title.alternative | Grid emulation system with cascaded multilevel converter and model predictive control for distributed energy resources testing | eng |
dc.type | Dissertação | por |
dc.description.resumo | Esta Tese de Doutorado tem por objetivo propor um sistema de emulação de rede
para teste de recursos energéticos distribuídos (DER - Distributed Energy Resources) com
a utilização de um conversor multinível em cascata, tendo como intuito mitigar os problemas relacionados a conversores de dois níveis existentes na maioria dos emuladores de
rede, como baixa eficiência, maior presença de harmônicos e filtro de saída volumoso. Para
isso, é utilizado um método chamado de Geometrical Modulated Model Predictive Control
(GM2PC) para inversores trifásicos utilizando filtros LC, que foi desenvolvido neste trabalho para solucionar problemas encontrados na técnica MPC convencional, como frequência de comutação variável, alto esforço computacional e espectro harmônico espalhado. O
objetivo do método é de garantir a síntese de tensão desejada, limitando a corrente através do indutor do filtro. Além disso, o método apresenta baixo esforço computacional,
frequência fixa de comutação, lida com a questão da sobremodulação, não apresenta fator
de ponderação ou estrutura de controle em cascata, possuindo também a capacidade de
distribuir os sinais PWM entre os módulos de conversores multiníveis em cascata de uma
maneira rápida e eficiente. Para tanto, será apresentada a modelagem em tempo discreto
da configuração utilizada e, em seguida, um problema de otimização convexa com duas
restrições quadráticas de desigualdade é formulado para minimizar o erro de rastreamento
de saída. Para resolver o problema, cada restrição é tratada como uma área circular sobre
o diagrama de espaço vetorial, sendo uma para síntese de tensão e outra para limitação
de corrente. As condições de Karush-Kuhn-Tucker são utilizadas para obter uma solução
sem restrição que, em seguida, identifica o modo no qual o método deve operar. O método
GM2PC será utilizado neste trabalho com um conversor multinível em cascata de 5 níveis
para demonstrar o funcionamento do protótipo de sistema de emulação de rede, através
de ensaios de perturbações de tensão comumente utilizados em testes de DERs. Os resultados demonstram que o método é capaz de funcionar ao utilizar carga linear, não linear
absorvendo ou fornecendo potência, carga desbalanceada, sob condição de curto-circuito,
além de ser capaz de emular impedância da rede. Foram também analisados os conteúdos harmônicos e os tempos de execução do método proposto em comparação com outros
métodos e para diferentes conversores. Por fim, é apresentada uma proposta teórica de
um sistema real de emulação de rede com potência elevada para teste de DERs. | por |
dc.contributor.advisor1 | Pinheiro, Humberto | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/5900576762082210 | por |
dc.contributor.advisor-co1 | Carnielutti, Fernanda de Morais | |
dc.contributor.referee1 | Tahim, André Pires Nóbrega | |
dc.contributor.referee2 | Lima, Daniel Martins | |
dc.contributor.referee3 | Grigoletto, Felipe Bovolini | |
dc.contributor.referee4 | Vieira, Rodrigo Padilha | |
dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/5344814738533640 | por |
dc.publisher.country | Brasil | por |
dc.publisher.department | Engenharia Elétrica | por |
dc.publisher.initials | UFSM | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica | por |
dc.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA | por |
dc.publisher.unidade | Centro de Tecnologia | por |