On the Problem of Balancing the DC Capacitor Voltage Divider in Back-to-Back Multilevel Converters

This paper presents a new generalized solution for DC bus capacitors voltage balancing in back-to-back m level diode-clamped multilevel converters connecting AC networks. The solution is based on the DC bus average power flow and exploits the switching configuration redundancies. The proposed balancing solution is particularized for the back-to-back multilevel structure with m=5 levels. This back-to-back converter is studied working with bidirectional power flow, connecting an induction machine to the power grid.

Stability Condition Based Sliding Mode Modulators for Multilevel Power Converters

Sliding mode controllers for power converters usually employ hysteresis comparators to directly generate the power semiconductors switching states. This paper presents a new sliding mode modulator based on the direct implementation of the sliding mode stability condition, which for multilevel power converters shows advantages, as branch equalized switching frequencies and less distortion on the ac currents when operating near the rated converter power. The new sliding mode multilevel modulator is used to control a three-phase multilevel converter, operated as a reactive power compensator (STATCOM), implementing the stability condition in a digital signal processing system. The performance of this new sliding mode modulator is compared with a multilevel modulator based on hysteresis comparators. Simulation and experimental results are presented in order to highlight the system operation and control robustness.

Grid Integration of Offshore Wind Farms Using Modular Marx Multilevel Converters

This paper proposes the use of a Modular Marx Multilevel Converter, as a solution for energy integration between an offshore Wind Farm and the power grid network. The Marx modular multilevel converter is based on the Marx generator, and solves two typical problems in this type of multilevel topologies: modularity and dc capacitor voltage balancing. This paper details the strategy for dc capacitor voltage equalization. The dynamic models of the converter and power grid are presented in order to design the converter ac output voltages and the dc capacitor voltage controller. The average current control is presented and used for power flow control, harmonics and reactive power compensation. Simulation results are presented in order to show the effectiveness of the proposed (MC)-C-3 topology.

A New Modular Marx Derived Multilevel Converter

A new Modular Marx Multilevel Converter, M(3)C, is presented. The M(3)C topology was developed based on the Marx Generator concept and can contribute to technological innovation for sustainability by enabling wind energy off-shore modular multilevel power switching converters with an arbitrary number of levels. This paper solves both the DC capacitor voltage balancing problem and modularity problems of multilevel converters, using a modified cell of a solid-state Marx modulator, previously developed by authors for high voltage pulsed power applications. The paper details the structure and operation of the M(3)C modules, and their assembling to obtain multilevel converters. Sliding mode control is applied to a M(3)C leg and the vector leading to automatic capacitor voltage equalization is chosen. Simulation results are presented to show the effectiveness of the proposed M(3)C topology.

HVDC transmission systems: Bipolar back-to-back diode clamped multilevel converter with fastoptimum-predictive control and capacitor balancing strategy

Voltage source multilevel power converter structures are being considered for high power high voltage applications where they have well known advantages. Recently, full back-to-back connected multilevel neutral diode clamped converters (NPC) have been used in high voltage direct current (HVDC) transmission systems. Bipolar back-to-back connection of NPCs have advantages in long distance HVDC transmission systems, but highly increased difficulties to balance the dc capacitor voltage dividers on both sending and receiving end NPCs. This paper proposes a fast optimum-predictive controller to balance the dc capacitor voltages and to control the power flow in a long distance HVDCsystem using bipolar back-to-back connected NPCs. For both converter sides, the control strategy considers active and reactive power to establish ac grid currents on sending and receiving ends, while guaranteeing the balancing of both NPC dc bus capacitor voltages. Furthermore, the fast predictivecontroller minimizes the semiconductor switching frequency to reduce global switching losses. The performance and robustness of the new fast predictive control strategy and the associated dc capacitors voltage balancing are evaluated. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Multilevel high-voltage pulse generation based on a new modular solid-state switch

This paper describes a modular solid-state switching cell derived from the Marx generator concept to be used in topologies for generating multilevel unipolar and bipolar high-voltage (HV) pulses into resistive loads. The switching modular cell comprises two ON/OFF semiconductors, a diode, and a capacitor. This cell can be stacked, being the capacitors charged in series and their voltages balanced in parallel. To balance each capacitor voltage without needing any parameter measurement, a vector decision diode algorithm is used in each cell to drive the two switches. Simulation and experimental results, for generating multilevel unipolar and bipolar HV pulses into resistive loads are presented.

Modeling, control and simulation of full-power converter wind turbines equipped with permanent magnet synchronous generator

In this paper, two wind turbines equipped with a permanent magnet synchronous generator (PMSG) and respectively with a two-level or a multilevel converter are simulated in order to access the malfunction transient performance. Three different drive train mass models, respectively, one, two and three mass models, are considered in order to model the bending flexibility of the blades. Moreover, a fractional-order control strategy is studied comparatively to a classical integer-order control strategy. Computer simulations are carried out, and conclusions about the total harmonic distortion (THD) of the electric current injected into the electric grid are in favor of the fractional-order control strategy.

Power converter topologies for wind energy conversion systems: Integrated modeling, control strategy and performance simulation

This paper presents new integrated model for variable-speed wind energy conversion systems, considering a more accurate dynamic of the wind turbine, rotor, generator, power converter and filter. Pulse width modulation by space vector modulation associated with sliding mode is used for controlling the power converters. Also, power factor control is introduced at the output of the power converters. Comprehensive performance simulation studies are carried out with matrix, two-level and multilevel power converter topologies in order to adequately assert the system performance. Conclusions are duly drawn.

Organização do trabalho doméstico em casais do mesmo sexo

Em resposta ao predomínio da heteronormatividade nos estudos sobre o trabalho doméstico, este artigo explora a forma como este é organizado e distribuído em casais do mesmo sexo. Para esse efeito, desenvolveu-se uma pesquisa qualitativa (20 entrevistas aos membros de casais homossexuais) em torno dos desequilíbrios, do processo de negociação, do nível de satisfação, e ainda da herança familiar genderizada na actual organização do trabalho doméstico. Concluiu-se que a ausência da diferença de sexo no casal contribui para uma mais flexível e paritária negociação da organização das tarefas. Reflexo da socialização de género, as mulheres tendem para uma maior especialização e os homens para uma maior delegação das tarefas. In response to the predominance of heteronormativity in the studies on the household labour, this article explores the way it is organized and distributed in same-sex couples. Qualitative research was carried out on the basis of 20 interviews with members of homosexual couples, and informationwas collected on the imbalances, negotiation, satisfaction and gendered family legacy in the current organization of household labour. Results show that the absence of the sex difference between the members of the couple contributes to more flexible and egalitarian negotiation in the organization of chores. As a consequence of gender socialization, women tend to specialize and men to delegate.

Reasoning and proof in classroom (9th grade)

This paper is research oriented and pretends to contribute toward giving empirical evidence about how students develop their reasoning and how they achieved to a proof construction in school context. Its main theme is epistemology. It describes the way in which four students in 9th Grade explored a task related with the discovery of symmetry axes in various geometric figures. The proof constructed by students had essentially an explaining function and it was related with the symmetry axes of regular polygons. The teacher’s role in meaning negotiation of the proof and its need is described through illustrative episodes. The paper presents part of a study which purpose is to analyse the nature of mathematical proof in classroom, its role and the nature of the relationship between the construction of a proof and the social interactions. Assuming a social perspective, attention is focussed on the social construction of knowledge and on the structuring resources that shape mathematical experience. The study’s methodology has an interpretative nature. One outcome of the study discussed here is that students develop first a practical understanding with no awareness of the reasons founding mathematical statements and after a theoretical one leading them to a proof elaboration.

Conversor multinível NPC de cinco níveis como ondulador de tensão ligado à rede

O crescimento da utilização de accionamentos electromecânicos de velocidade variável entre outros dispositivos que necessitam de tensões elevadas, na ordem dos kV e com elevados níveis de qualidade, despertou o interesse pelos conversores multinível. Este tipo de conversor consegue alcançar elevadas tensões de funcionamento e simultaneamente melhorar a qualidade das formas de onda de tensão e corrente nas respectivas fases. Esta dissertação de mestrado tem por objectivo apresentar um estudo sobre o conversor multinível com díodos de ligação ao neutro (NPC – neutral point clamped), de cinco níveis utilizado como ondulador de tensão ligado à rede. O trabalho começa por desenvolver o modelo matemático do conversor multinível com díodos de ligação ao neutro de cinco níveis e a respectiva interligação com a rede eléctrica. Com base no modelo do conversor são realizadas simulações numéricas desenvolvidas em Matlab-Simulink. Para controlo do trânsito de energia no conversor é utilizando controlo por modo de deslizamento aplicado às correntes nas fases. As simulações efectuadas são comparadas com resultados de simulação obtidos para um ondulador clássico de dois níveis. Resultados de simulação do conversor multinível são posteriormente comparados com resultados experimentais para diferentes valores de potências activa e reactiva. Foi desenvolvido um protótipo experimental de um conversor multinível com díodos de ligação ao neutro de cinco níveis e a respectiva electrónica associada para comando e disparo dos semicondutores de potência.

Estratégias para negociação de contratos bilaterais em mercados multi-agente de energia eléctrica

A energia eléctrica é um bem essencial para a maioria das sociedades. O seu fornecimento tem sido encarado como um serviço público, da responsabilidade dos governos, através de empresas monopolistas, públicas e privadas. O Mercado Ibérico de Electricidade (MIBEL) surge com o objectivo da integração e cooperação do sector eléctrico Português e Espanhol, no qual é possível negociar preços e volumes de energia. Actualmente, as entidades podem negociar através de um mercado bolsista ou num mercado de contratos bilaterais. Uma análise dos mercados de electricidade existentes mostra que estes estão longe de estarem liberalizados. As tarifas não reflectem o efeito da competitividade. Além disso, o recurso a contratos bilaterais limita frequentemente os clientes a um único fornecedor de energia eléctrica. Nos últimos anos, têm surgido uma série de ferramentas computacionais que permitem simular, parte ou a totalidade, dos mercados de electricidade. Contudo, apesar das suas potencialidades, muitos simuladores carecem de flexibilidade e generalidade. Nesta perspectiva, esta dissertação tem como principal objectivo o desenvolvimento de um simulador de mercados de energia eléctrica que possibilite lidar com as dificuldades inerentes a este novo modelo de mercado, recorrendo a agentes computacionais autónomos. A dissertação descreve o desenho e a implementação de um simulador simplificado para negociação de contratos bilaterais em mercados de energia, com particular incidência para o desenho das estratégias a utilizar pelas partes negociais. Além disso, efectua-se a descrição de um caso prático, com dados do MIBEL. Descrevem-se também várias simulações computacionais, envolvendo retalhistas e consumidores de energia eléctrica, que utilizam diferentes estratégias negociais. Efectua-se a análise detalhada dos resultados obtidos. De forma sucinta, os resultados permitem concluir que as melhores estratégias para cada entidade, no caso prático estudado, são: a estratégia de concessões fixas, para o retalhista, e a estratégia de concessões baseada no volume de energia, para o consumidor.

Contratos bilaterais em mercados multi-agente de energia eléctrica: protocolo de ofertas alternadas

A liberalização do sector eléctrico, e a consequente criação de mercados de energia eléctrica regulados e liberalizados, mudou a forma de comercialização da electricidade. Em particular, permitiu a entrada de empresas nas actividades de produção e comercialização, aumentando a competitividade e assegurando a liberdade de escolha dos consumidores, para decidir o fornecedor de electricidade que pretenderem. A competitividade no sector eléctrico aumentou a necessidade das empresas que o integram a proporem preços mais aliciantes (do que os preços propostos pelos concorrentes), e contribuiu para o desenvolvimento de estratégias de mercado que atraiam mais clientes e aumentem a eficiência energética e económica. A comercialização de electricidade pode ser realizada em mercados organizados ou através de contratação directa entre comercializadores e consumidores, utilizando os contratos bilaterais físicos. Estes contratos permitem a negociação dos preços de electricidade entre os comercializadores e os consumidores. Actualmente, existem várias ferramentas computacionais para fazer a simulação de mercados de energia eléctrica. Os simuladores existentes permitem simulações de transacções em bolsas de energia, negociação de preços através de contratos bilaterais, e análises técnicas a redes de energia. No entanto, devido à complexidade dos sistemas eléctricos, esses simuladores apresentam algumas limitações. Esta dissertação apresenta um simulador de contratos bilaterais em mercados de energia eléctrica, sendo dando ênfase a um protocolo de ofertas alternadas, desenvolvido através da tecnologia multi-agente. Em termos sucintos, um protocolo de ofertas alternadas é um protocolo de interacção que define as regras da negociação entre um agente vendedor (por exemplo um retalhista) e um agente comprador (por exemplo um consumidor final). Aplicou-se o simulador na resolução de um caso prático, baseado em dados reais. Os resultados obtidos permitem concluir que o simulador, apesar de simplificado, pode ser uma ferramenta importante na ajuda à tomada de decisões inerentes à negociação de contratos bilaterais em mercados de electricidade.

Fractional-order control and simulation of wind energy systems with PMSG/full-power converter topology

This paper presents a new integrated model for the simulation of wind energy systems. The proposed model is more realistic and accurate, considering a variable-speed wind turbine, two-mass rotor, permanent magnet synchronous generator (PMSG), different power converter topologies, and filters. Additionally, a new control strategy is proposed for the variable-speed operation of wind turbines with PMSG/full-power converter topology, based on fractional-order controllers. Comprehensive simulation studies are carried out with matrix and multilevel power converter topologies, in order to adequately assert the system performance in what regards the quality of the energy injected into the electric grid. Finally, conclusions are duly drawn.

Comparative study of power converter topologies and control strategies for the harmonic performance of variable-speed wind turbine generator systems

Power converters play a vital role in the integration of wind power into the electrical grid. Variable-speed wind turbine generator systems have a considerable interest of application for grid connection at constant frequency. In this paper, comprehensive simulation studies are carried out with three power converter topologies: matrix, two-level and multilevel. A fractional-order control strategy is studied for the variable-speed operation of wind turbine generator systems. The studies are in order to compare power converter topologies and control strategies. The studies reveal that the multilevel converter and the proposed fractional-order control strategy enable an improvement in the power quality, in comparison with the other power converters using a classical integer-order control strategy. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.