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dc.creatorTeston, Silvio Antonio
dc.date.accessioned2021-10-15T14:42:43Z
dc.date.available2021-10-15T14:42:43Z
dc.date.issued2020-11-06
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/22417
dc.description.abstractThis doctoral dissertation presents a new multilevel converter topology, derived from the ANPC inverter, which allows the connection of energy storage systems directly to the topology in a secondary DC port. In this way, the use of a DC-DC or DC-AC converter dedicated to processing the energy of the storage system is avoided. In the proposed topology, each leg of the ANPC inverter has three ports: the main DC port (common to all legs), the secondary DC port, and the AC port. The inclusion of a secondary DC port is allowed due to the existence of redundant conduction states that can generate two different voltage levels in the secondary DC port. Also, a detailed study of the conduction states and their switching interactions is presented together with proposals for the simultaneous modulation of the AC port and the secondary DC port by using a carrier-based approach. Four converter modulation strategies, using two carrier arrangement options, and two switching sequences are analyzed. The analysis and proposal of a control system for a grid-connected application are also performed. This control system can regulate the power ports currents while keeping the average voltages of the DC bus poles balanced. A single-phase half-bridge prototype of 1-kW was built and tested in the laboratory to prove the operation of the proposed topology in all operating modes. Results of the steady-state and transient responses and measurements of the converter performance in the main modes of operation, considering two modulation strategies of the secondary DC port, are presented. The modulation strategy with type 2 sequence presented the best results in terms of efficiency and quality of the ESS current. These results are mainly due to the lack of type III commutations in this modulation strategy. The maximum efficiency of 96.3% was obtained in the ESS recharge mode and modulation with type 2 sequence. The current injected into the grid showed a maximum total harmonic distortion of 5% and a DC component below 10 mA.eng
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqpor
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESpor
dc.description.sponsorshipInstituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Geração Distribuída de Enérgia Elétrica - INCT-GDpor
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul - FAPERGSpor
dc.languageporpor
dc.publisherUniversidade Federal de Santa Mariapor
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/*
dc.subjectConversor ANPCpor
dc.subjectGeração renovável de energiapor
dc.subjectPorta CC bidirecional integrada à popologiapor
dc.subjectSistema de armazenamento de energiapor
dc.subjectANPC convertereng
dc.subjectEnergy storage systemeng
dc.subjectRenewable energy generationeng
dc.subjectTopology integrated bidirectional DC porteng
dc.titleConversor ANPC com porta CC bidirecional secundária para conexão de sistemas de armazenamento de energiapor
dc.title.alternativeANPC converter with secondary bidirectional DC port for energy storage systems connectioneng
dc.typeTesepor
dc.description.resumoEsta tese de doutorado apresenta uma nova topologia de conversor multinível, derivada do inversor ANPC, que permite a conexão de sistemas de armazenamento de energia diretamente à topologia em uma porta CC secundária. Dessa forma, evita-se o uso de conversores CC-CC ou CC-CA dedicados ao processamento da energia do sistema de armazenamento. Na topologia proposta, cada braço do inversor ANPC apresenta três portas: a porta CC principal (comum a todos os braços), a porta CC secundária e a porta CA. A porta CC secundária é viabilizada pela existência de estados de condução redundantes que permitem gerar dois níveis de tensão distintos na porta CC secundária. Esta tese também apresenta um estudo detalhado dos estados de condução, das comutações e traz algumas propostas para a modulação simultânea da porta CA e da porta CC secundária utilizando uma abordagem baseada em portadoras. São analisadas quatro estratégias de modulação do conversor utilizando duas opções de disposição de portadoras e duas sequências de comutação. Também é realizada a análise e proposição de um sistema de controle para uma aplicação conectada à rede. Esse sistema de controle é capaz de regular as correntes nas portas de potência do conversor e manter os valores médios das tensões dos polos do barramento CC equilibrados. Um protótipo monofásico meia-ponte de 1 kW foi construído e testado em laboratório para comprovar o funcionamento da topologia proposta em todos modos de operação. São apresentados resultados em regime permanente e transitório e medições do rendimento do conversor nos principais modos de operação considerando duas estratégias de modulação da porta CC secundária. A estratégia de modulação com sequência do tipo 2 apresentou os melhores resultados em termos de rendimento e qualidade da corrente do ESS. Esses resultados se devem principalmente à inexistência de comutações do tipo III nessa estratégia de modulação. O rendimento máximo de 96,3% foi obtido no modo de recarga do ESS e modulação com sequência do tipo 2. A corrente injetada na rede apresentou distorção harmônica total máxima de 5% e componente CC inferior a 10 mA.por
dc.contributor.advisor1Rech, Cassiano
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9375639768929991por
dc.contributor.advisor-co1Mezaroba, Marcello
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6915611597263768por
dc.contributor.referee1Kirsten, André Luís
dc.contributor.referee2Barreto, Luiz Henrique Silva Colado
dc.contributor.referee3Bisogno, Fábio Ecke
dc.contributor.referee4Pinheiro, Humberto
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/1027494793363260por
dc.publisher.countryBrasilpor
dc.publisher.departmentEngenharia Elétricapor
dc.publisher.initialsUFSMpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétricapor
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICApor
dc.publisher.unidadeCentro de Tecnologiapor


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