Sistema de control de inversor de potencia monofásico por eliminación de armónicos

[ES]Este proyecto consiste en el diseño de un sistema de control integrado para inversores de potencia monofásicos haciendo uso del algoritmo de eliminación de armónicos. De este modo, permite generar una señal de salida con frecuencia controlada, ideal para la alimentación de motores eléctricos monofásicos. El objetivo del mismo es lograr la implementación de un algoritmo de rendimiento superior a las alternativas PWM para casos de frecuencia de salida elevada. El sistema incluye el software y hardware necesario para implementación completa, así como los documentos necesarios para su fabricación en serie.

Sistemas fotovoltaicos integrados ao perfil de uso da edificação

Nos últimos anos, o consumo de energia vem crescendo mundialmente nos grandes centros urbanos, e esforços na área de eficiência energética estão sendo implantados, a fim de reduzir o consumo no horário da ponta e interrupções da rede. O aproveitamento das fontes renováveis, como o fotovoltaico em uma edificação se torna um atrativo a mais para a matriz energética num momento em que o país prima pela universalização dos serviços de energia e a classificação de edifícios comerciais, de serviço e públicos, além dos residenciais quanto à eficiência energética através do Procel Edifica (RTQ-C e RTQ-R). Os sistemas fotovoltaicos podem configurar perfis de uso nas edificações de modo a gerar energia para consumo próprio ou ligado à rede e ainda ter influência na arquitetura do prédio com revestimento: os perfis podem está em telhados, fachadas ou janelas, amenizando em alguns casos a carga térmica no prédio com sombreamento arquitetônico. Hoje, com o avanço da tecnologia no setor de armazenagem é possível, o atendimento com segurança e eficiência a uma edificação ou direcionar esta armazenagem a uma demanda específica como o atendimento à demanda de ciclo profundo, tais como, iluminação externa e recarga de veículos elétricos. Partindo da premissa de sistemas interruptos de energia, UPS, uso de fonte secundária como FV, baterias e Flywheel é apresentado uma forma de melhor gerenciar a energia armazenada, podendo estender a vida útil da bateria e conseqüentemente de todo o sistema fotovoltaico na edificação. Esta forma de armazenar energia proporciona um serviço de uso contínuo sem percepção das interrupções da rede com garantia de 20 anos, tal qual o módulo fotovoltaico, com esta proposta as perdas de energia elétrica na edificação serão atenuadas, pois a eletricidade será utilizada de forma eficiente e inteligente. O ponto de partida do estudo de caso no prédio do IBAM são os sistemas fotovoltaicos com geração distribuída (mini-redes) conectados à rede que são instalados para fornecer energia ao consumidor, complementando a quantidade de energia demandada, caso haja algum aumento do consumo de energia na edificação, ou ainda utilizar o sistema fotovoltaico na hora da ponta e interrupções do sistema da rede no período fora da ponta. A estocagem inercial por meio do Flywheel tem um papel fundamental nesta mini-rede (Flywheel, bateria VRLA, UPS, inversor e STS), pois a sua utilização pode ser apontada como uma inovação tecnológica quanto à regulação de tensão no sistema de energia elétrica, além de preparar a edificação para o smart-grid. Esta configuração de acumulação de energia permitiu a analise do deslocamento desta energia armazenada para o consumo no horário de ponta, mudando o conceito de sistemas fotovoltaicos autônomos no meio urbano e rural no país. Este conceito de armazenagem se confirma então como um aporte na eficiência de energia na edificação, podendo carrear economia de energia substancial, além de proporcionar uma confiabilidade no serviço de energia, com um baixo retorno do investimento e com uma garantia de funcionamento com pequena ou nenhuma manutenção durante o período de vida de 20 anos.

Optimization and Control of Power Flow in Distribution Networks

Climate change is arguably the most critical issue facing our generation and the next. As we move towards a sustainable future, the grid is rapidly evolving with the integration of more and more renewable energy resources and the emergence of electric vehicles. In particular, large scale adoption of residential and commercial solar photovoltaics (PV) plants is completely changing the traditional slowly-varying unidirectional power flow nature of distribution systems. High share of intermittent renewables pose several technical challenges, including voltage and frequency control. But along with these challenges, renewable generators also bring with them millions of new DC-AC inverter controllers each year. These fast power electronic devices can provide an unprecedented opportunity to increase energy efficiency and improve power quality, if combined with well-designed inverter control algorithms. The main goal of this dissertation is to develop scalable power flow optimization and control methods that achieve system-wide efficiency, reliability, and robustness for power distribution networks of future with high penetration of distributed inverter-based renewable generators.

Proposed solutions to power flow control problems in the literature range from fully centralized to fully local ones. In this thesis, we will focus on the two ends of this spectrum. In the first half of this thesis (chapters 2 and 3), we seek optimal solutions to voltage control problems provided a centralized architecture with complete information. These solutions are particularly important for better understanding the overall system behavior and can serve as a benchmark to compare the performance of other control methods against. To this end, we first propose a branch flow model (BFM) for the analysis and optimization of radial and meshed networks. This model leads to a new approach to solve optimal power flow (OPF) problems using a two step relaxation procedure, which has proven to be both reliable and computationally efficient in dealing with the non-convexity of power flow equations in radial and weakly-meshed distribution networks. We will then apply the results to fast time- scale inverter var control problem and evaluate the performance on real-world circuits in Southern California Edison’s service territory.

The second half (chapters 4 and 5), however, is dedicated to study local control approaches, as they are the only options available for immediate implementation on today’s distribution networks that lack sufficient monitoring and communication infrastructure. In particular, we will follow a reverse and forward engineering approach to study the recently proposed piecewise linear volt/var control curves. It is the aim of this dissertation to tackle some key problems in these two areas and contribute by providing rigorous theoretical basis for future work.

Análisis de prestaciones de variador de frecuencia SINAMICS en Control Vectorial de velocidad y de par.

[ES]En este Trabajo de Fin de Grado se expone el análisis de prestaciones de variador de frecuencia SINAMICS G120. El variador ha sido controlado mediante el software de control TIA Portal, con el que se han realizado ensayos en el control vectorial de velocidad y de par.

Gain Scheduling Control of an Islanded Microgrid Voltage

The aim of this research study has been to design a gain scheduling (GS) digital controller in order to control the voltage of an islanded microgrid in the presence of fast varying loads (FVLs), and to compare it to a robust controller. The inverter which feeds the microgrid is connected to it through an inductance-capacitor-inductance (LCL) filter. The oscillatory and nonlinear behaviour of the plant is analyzed in the whole operating zone. Afterwards, the design of the controllers which contain two loops in cascade are described. The first loop concerns the current control, while the second is linked to the voltage regulation. Two controllers, one defined as Robust and another one as GS controller, are designed for the two loops, emphasizing in their robustness and their ability to damp the oscillatory plant behaviour. To finish, some simulations are carried out to study and compare the two kinds of controllers in different operating points. The results show that both controllers damp the oscillatory behaviour of the plant in closed loop (CL), and that the GS controller ensures a better rejection of current disturbances from FVLs.

Diseño de una tarjeta de drivers para un inversor de potencia.

[EN]The purpose of this project is to design a system which improves the e ciency of power inverters. The project is focused in the analysis of the di erent power semiconductors (based on silicon, silicon carbide and gallium nitride) and driver applications. This system can be implemented in di erent future versions of power inverters and in many kind of applications like electrical vehicles. Other than that, it can be also implemented on any machinery requiring an inverter obtaining more energy and reduce manufacturing costs.

Da rua para a rua: percursos para uma performance

Partindo do corpo que caminha pela cidade, com ou sem rumo, a presente dissertação procura investigar as relações que cercam essa simples ação, levando em consideração, inclusive, a roupa que esse homem veste. O corpo é discutido, tentando encontrar modos mais viscerais para um contato com a realidade operante e arquitetar novas narrativas. A caminhada é o mais simples ato para a (des)apropriação de territórios a serem experimentados. A roupa é a fronteira entre o corpo e a cidade. A camuflagem aparece como um meio eficiente de contactar o corpo com o meio e sua lógica atravessa nosso contato com o mundo. As cidades, suas ruas e espaços públicos solicitam o uso coletivo e se entregam satisfeitos às intervenções urbanas. O texto segue visitando trabalhos que cruzam esse conjunto, buscando desvios nos espaços e resignificando objetos abundantes que se apresentam sem finalidade, procurando inverter lógicas vigentes para realizar outros usos do corpo, da roupa e da cidade

Algumas Contribuições para Algoritmos de Controle de Filtros Ativos e Híbridos Conectados em Paralelo com Redes Elétricas Trifásicas a 3 ou a 4 Fios.

Este trabalho apresenta contribuições para algoritmos de controle utilizados em filtros ativos e híbridos conectados em redes elétricas trifásicas a 3 ou a 4 fios. Em relação aos algoritmos de controle para filtros ativos, a contribuição consiste em estender o conceito da filtragem harmônica seletiva para compensação de correntes harmônicas e desequilibradas em uma rede trifásica a 4 fios. Esses algoritmos derivam dos conceitos utilizados na teoria da potência instantânea (teoria pq), em conjunto com um circuito de sincronismo PLL. É importante ressaltar que estes algoritmos não utilizam as correntes consumidas pelas cargas, ou seja, apenas as tensões no ponto da rede onde o filtro está conectado são utilizadas para determinação das correntes harmônicas de referência. Apenas as correntes na saída do conversor são utilizadas como realimentação do controle PWM. Estes algoritmos também foram utilizados no filtro híbrido para compensação de correntes harmônicas em uma rede trifásica a 3 fios. Por fim foi feito uma alteração nesses algoritmos de controle que permite eliminar as correntes utilizadas na realimentação do controle PWM. Resultados de simulação são apresentados com objetivo de observar o comportamento desses algoritmos tanto no filtro ativo quanto no híbrido nas condições mencionadas.

Função e sentido do trabalho prisional no marco da ressocialização

A tese analisa a relação entre trabalho prisional e ressocialização. Demonstra- que, embora o discurso jurídico-penal afirme que uma das finalidades da pena privativa de liberdade é reinserir o condenado na sociedade, após o cumprimento de sua pena, esse desiderato não é efetivamente alcançado e o discurso resta deslegitimado, sendo que o trabalho prisional não mostra-se capaz de inverter essa lógica. Sustenta-se, ainda, na tese, que, a prisão, estigmatiza, prisoniza, degrada, produz e reproduz a criminalidade, destinando-se a um segmento determinado dentro da sociedade, representado pelos miseráveis, ou consumidores, falhos, que não habilitando-os ao trabalho quando egressos do sistema prisional. O nascimento da prisão, o modo como estruturou-se associada ao trabalho, a apropriação que o Direito fez dessa instituição, e a sua prevalência, enquanto punição na atualidade, premissas necessárias, a compreensão deste complexo fenômeno.

Compact double-side liquid-impingement-cooled integrated power electronic module

This paper presents a compact integrated power electronic module (IPEM) which seeks to overcome the volumetric power density limitations of conventional packaging technologies. A key innovation has been the development of a substrate sandwich structure which permits double side cooling of the embedded dies whilst controlling the mechanical stresses both within the module and at the heat exchanger interface. A 3-phase inverter module has been developed, integrating the sandwich structures with high efficiency impingement coolers, delink capacitance and gate drive units. Full details of the IPEM construction and electrical evaluation are given in the paper. © 2007 IEEE.

Influence of voltage and frequency dimming on power losses in HF electronic ballasts for compact fluorescent lamps

Compact Fluorescent Lamps (CFL) incorporating electronic ballasts are widely used in lighting. In many cases the ability to dim the lamp is a requirement Dimming can be achieved by varying the voltage supplied to the inverter or by changing the switching frequency of the inverter. The effect of dimming by both approaches on the power losses in the inverter is studied in this work. The lamp and associated inverter has been modeled in PSPICE, using a behavioral model for the CFL. Predicted losses are in good agreement with experimental data obtained from calorimetry. The model was then used to determine the distribution of losses within the inverter, enabling a comparison of the effects of the two dimming methods to be made. © 2006 IEEE.

Loss comparison between an SPWM and harmonic elimination excited small, (<1kW) induction motor drive using Pspice simulation and calorimetry

Adopting square wave excitation to drive induction motors (IMs) can substantially reduce inverter switching losses. However, the low-order time harmonics inherent in the output voltage generates parasitic torques that degrade motor performance and reduce efficiency. In this paper, a novel harmonic elimination modulation technique with full voltage control is studied as an interesting and alternative means of operating small (<1kW) IM drives efficiently. A fully verified harmonic elimination scheme, which removes the 5th, 7th, 11th, 13th and 17 th time harmonics, was implemented and applied to an IGBT driven IM. The power losses incurred in the inverter and the IM as a result of the switching scheme have been determined. © 2008 Crown copyright.

Losses in self-oscillating ballasts for electrode-type compact fluorescent lamps

Commercially available integrated compact fluorescent lamps (CFLs) use self-resonant ballasts on grounds of simplicity and cost. To understand how to improve ballast efficiency, it is necessary to quantify the losses. The losses occurring in these ballasts have been directly measured using a precision mini-calorimeter. In addition, a Pspice model has been used to simulate the performance of an 18 W integrated CFL. The lamp has been represented by a behavioural model and Jiles-Atherton equations were used to model the current transformer core. The total loss is in close agreement with measurements from the mini-calorimeter, confirming the accuracy of the model. The total loss was then disaggregated into component losses by simulation, showing that the output inductor is the primary source of loss, followed by the inverter switches. © 2011 The Institution of Engineering and Technology.

Influence of voltage and frequency dimming on power losses in hf electronic ballasts for compact fluorescent lamps

Compact fluorescent lamps (CFLs) incorporating electronic ballasts are widely used in lighting. In many cases, the ability to dim the lamp is a requirement. Dimming can be achieved by varying the switching frequency of the inverter or by changing the voltage supplied to the inverter. The effect of dimming by both approaches on the power losses in the inverter is studied in this work. The lamp and associated inverter has been modeled in Pspice, using a behavioral model for the CFL. Predicted losses are in good agreement with experimental data obtained from calorimetry. After verification, the model was then used to determine the distribution of losses within the inverter, enabling a comparison of the effects of the two dimming methods to be made. © 2011 IEEE.

One step self-aligned multilayer patterning process for the fabrication of organic complementary circuits in combination with inkjet printing

Recent development of solution processable organic semiconductors delineates the emergence of a new generation of air-stable, high performance p- and n-type materials. This makes it indeed possible for printed organic complementary circuits (CMOS) to be used in real applications. The main technical bottleneck for organic CMOS to be adopted as the next generation organic integrated circuit is how to deposit and pattern both p- and n-type semiconductor materials with high resolutions at the same time. It represents a significant technical challenge, especially if it can be done for multiple layers without mask alignment. In this paper, we propose a one-step self-aligned fabrication process which allows the deposition and high resolution patterning of functional layers for both p- and n-channel thin film transistors (TFTs) simultaneously. All the dimensional information of the device components is featured on a single imprinting stamp, and the TFT-channel geometry, electrodes with different work functions, p- and n-type semiconductors and effective gate dimensions can all be accurately defined by one-step imprinting and the subsequent pattern transfer process. As an example, we have demonstrated an organic complementary inverter fabricated by 3D imprinting in combination with inkjet printing and the measured electrical characteristics have validated the feasibility of the novel technique. © 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.