Inversor Buck-Boost integrado para aplicações com micro-geradores eólicos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Um novo sistema de refrigeração com controle de temperatura, compressor aberto, máquina de indução trifásica com velocidade variável e correção ativa do fator de potência do estágio de entrada

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Estudo de controladores aplicados a inversores para UPS com operação ilhada

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Speed Neuro-fuzzy Estimator Applied To Sensorless Induction Motor Control

This work proposes the development of an Adaptive Neuro-fuzzy Inference System (ANFIS) estimator applied to speed control in a three-phase induction motor sensorless drive. Usually, ANFIS is used to replace the traditional PI controller in induction motor drives. The evaluation of the estimation capability of the ANFIS in a sensorless drive is one of the contributions of this work. The ANFIS speed estimator is validated in a magnetizing flux oriented control scheme, consisting in one more contribution. As an open-loop estimator, it is applied to moderate performance drives and it is not the proposal of this work to solve the low and zero speed estimation problems. Simulations to evaluate the performance of the estimator considering the vector drive system were done from the Matlab/Simulink(R) software. To determine the benefits of the proposed model, a practical system was implemented using a voltage source inverter (VSI) to drive the motor and the vector control including the ANFIS estimator, which is carried out by the Real Time Toolbox from Matlab/Simulink(R) software and a data acquisition card from National Instruments.

A multilevel converter structure for grid-connected PV plants

A new conversion structure for three-phase grid-connected photovoltaic (PV) generation plants is presented and discussed in this Thesis. The conversion scheme is based on two insulated PV arrays, each one feeding the dc bus of a standard 2-level three-phase voltage source inverter (VSI). Inverters are connected to the grid by a traditional three-phase transformer having open-end windings at inverters side and either star or delta connection at the grid side. The resulting conversion structure is able to perform as a multilevel VSI, equivalent to a 3-level inverter, doubling the power capability of a single VSI with given voltage and current ratings. Different modulation schemes able to generate proper multilevel voltage waveforms have been discussed and compared. They include known algorithms, some their developments, and new original approaches. The goal was to share the grid power with a given ratio between the two VSI within each cycle period of the PWM, being the PWM pattern suitable for the implementation in industrial DSPs. It has been shown that an extension of the modulation methods for standard two-level inverter can provide a elegant solution for dual two-level inverter. An original control method has been introduced to regulate the dc-link voltages of each VSI, according to the voltage reference given by a single MPPT controller. A particular MPPT algorithm has been successfully tested, based on the comparison of the operating points of the two PV arrays. The small deliberately introduced difference between two operating dc voltages leads towards the MPP in a fast and accurate manner. Either simulation or experimental tests, or even both, always accompanied theoretical developments. For the simulation, the Simulink tool of Matlab has been adopted, whereas the experiments have been carried out by a full-scale low-voltage prototype of the whole PV generation system. All the research work was done at the Lab of the Department of Electrical Engineering, University of Bologna.

Multiterminal DC wind farm collection grid internal fault analysis and protection design

The multiterminal dc wind farm is a promising topology with a voltage-source inverter (VSI) connection at the onshore grid. Voltage-source converters (VSCs) are robust to ac-side fault conditions. However, they are vulnerable to dc faults on the dc side of the converter. This paper analyzes dc faults, their transients, and the resulting protection issues. Overcurrent faults are analyzed in detail and provide an insight into protection system design. The radial wind farm topology with star or string connection is considered. The outcomes may be applicable for VSCs in the multi-VSC dc wind farm collection grid and VSC-based high-voltage direct current (HVDC) offshore transmission systems.

Dynamic modeling and analysis of single-stage boost inverters under normal and abnormal conditions

Inverters play key roles in connecting sustainable energy (SE) sources to the local loads and the ac grid. Although there has been a rapid expansion in the use of renewable sources in recent years, fundamental research, on the design of inverters that are specialized for use in these systems, is still needed. Recent advances in power electronics have led to proposing new topologies and switching patterns for single-stage power conversion, which are appropriate for SE sources and energy storage devices. The current source inverter (CSI) topology, along with a newly proposed switching pattern, is capable of converting the low dc voltage to the line ac in only one stage. Simple implementation and high reliability, together with the potential advantages of higher efficiency and lower cost, turns the so-called, single-stage boost inverter (SSBI), into a viable competitor to the existing SE-based power conversion technologies.^ The dynamic model is one of the most essential requirements for performance analysis and control design of any engineering system. Thus, in order to have satisfactory operation, it is necessary to derive a dynamic model for the SSBI system. However, because of the switching behavior and nonlinear elements involved, analysis of the SSBI is a complicated task.^ This research applies the state-space averaging technique to the SSBI to develop the state-space-averaged model of the SSBI under stand-alone and grid-connected modes of operation. Then, a small-signal model is derived by means of the perturbation and linearization method. An experimental hardware set-up, including a laboratory-scaled prototype SSBI, is built and the validity of the obtained models is verified through simulation and experiments. Finally, an eigenvalue sensitivity analysis is performed to investigate the stability and dynamic behavior of the SSBI system over a typical range of operation. ^

Protótipo de rastreador solar de um eixo baseado em microcontrolador

The increase in the efficiency of photo-voltaic systems has been the object of various studies the past few years. One possible way to increase the power extracted by a photovoltaic panel is the solar tracking, performing its movement in order to follow the sun’s path. One way to activate the tracking system is using an electric induction motor, which should have sufficient torque and low speed, ensuring tracking accuracy. With the use of voltage source inverters and logic devices that generate the appropriate switching is possible to obtain the torque and speed required for the system to operate. This paper proposes the implementation of a angular position sensor and a driver to be applied in solar tracker built at a Power Electronics and Renewable Energies Laboratory, located in UFRN. The speed variation of the motor is performed via a voltage source inverter whose PWM command to actuate their keys will be implemented in an FPGA (Field Programmable Gate Array) device and a TM4C microcontroller. A platform test with an AC induction machine of 1.5 CV was assembled for the comparative testing. The angular position sensor of the panel is implemented in a ATMega328 microcontroller coupled to an accelerometer, commanded by an Arduino prototyping board. The solar position is also calculated by the microcontroller from the geographic coordinates of the site where it was placed, and the local time and date obtained from an RTC (Real-Time Clock) device. A prototype of a solar tracker polar axis moved by a DC motor was assembled to certify the operation of the sensor and to check the tracking efficiency.

Progetto di scheda a microcontrollore per la telemetria di veicoli elettrici

In un'epoca in cui l'informatizzazione si diffonde a macchia d'olio in ogni aspetto della vita quotidiana e la possibilità di essere connessi ad internet risulta vitale per aggiornarsi o anche semplicemente per mantenere contatti è possibile e allo stesso tempo necessario cercare di sfruttare la rete nel migliore dei modi in ambito lavorativo, per migliorare i propri prodotti e cercando di offrire all'utente beni e servizi sempre migliori, al passo coi tempi e col pensiero moderno. É in questo ambiente che la connettività si rende necessaria anche nel settore dell'automobile in modo da gestire in maniera efficiente l'enorme quantità di dati scambiati dalle varie sottoparti del sistema il cui compito è quello di supervisionare i componenti elettronici e meccanici. L'obiettivo è quello quindi di centralizzare ed elaborare le informazioni in modo da semplificare ed ottimizzare la gestione del veicoli per ottenere importanti vantaggi dalla fase di test fino a quella di utilizzo, passando per quella di manutenzione. Per questo risulta fondamentale, nell'epoca in cui viviamo, concedere la possibilità al veicolo di interagire con la rete internet in modo da poter sfruttare tutti i vantaggi comunicativi, siano essi con l'ambiente circostante o con persone, che essa prevede. Una volta quindi trovato il modo di interfacciarsi con la rete e sviluppato un software adeguato è fondamentale implementare fisicamente il dispositivo in modo da ottenere un dispositivo altamente integrabile nel sistema veicolo in modo da non alterare in maniera significativa la disposizione dei componenti di base (meccanici, elettrici ed elettronici) dell'automobile elettrica. È in quest'ottica che s'inserisce il progetto di una scheda per una vera e propria telemetria del veicolo elettrico con l'obiettivo di ottenere un sistema ad hoc, ma che mantenga una molteplicità di interfacce che permettano al dispositivo di rimanere aggiornato con l'evoluzione in atto relativa alle tecniche e ai protocolli (standard) di comunicazione permettendo quindi comunicazioni tramite rete ethernet, Wi-Fi o GPRS, cercando anche di sfruttare sistemi di posizionamento come il GPS. Per questo motivo si è cercato di realizzare la scheda seguendo la filosofia dei sistemi embedded, architetture il cui compito è quello di eseguire operazioni molto specifiche spesso con vincoli sull'esecuzione in tempo reale. Questo permette di ridurre al minimo l'hardware in termini di spazio, consumo e costo di realizzazione. Queste dispositivi si sono evoluti recentemente virando sulla creazione di architetture modulari che permettono il riutilizzo delle risorse disponibili; in questo modo si ottengono comunque dispositivi ottimizzati ma in grado di mantenere un certo tipo di flessibilità nello sviluppo delle applicazioni e allargando quindi lo spettro dei possibili impieghi. Secondo questi principi si è cercato quindi di realizzare la scheda in modo che implementasse e realizzasse il software dedicato alla comunicazione del veicolo con internet ma che, grazie all'hardware a disposizione, potesse essere programmata da mani esperte anche per numerosi utilizzi alternativi e resa quindi disponibile all'utente finale in possibili forme. In questo è risultato fondamentale l'utilizzo della piattaforma Arduino, basata sul microcontrollore ATmega328, che permette appunto una rapida espansione fisica del sistema.

Progetto e valutazione di una piattaforma sperimentale di Internet of Energy per veicoli elettrici

This dissertation deals with the development of a project concerning a demonstration in the scope of the Supply Chain 6 of the Internet of Energy (IoE) project: the Remote Monitoring Emulator, which bears my personal contribution in several sections. IoE is a project of international relevance, that means to establish an interoperability standard as regards the electric power production and utilization infrastructure, using Smart Space platforms. The future perspectives of IoE have to do with a platform for electrical power trade-of, the Smart Grid, whose energy is produced by decentralized renewable sources and whose services are exploited primarily according to the Internet of Things philosophy. The main consumers of this kind of smart technology will be Smart Houses (that is to say, buildings controlled by an autonomous system for electrical energy management that is interoperable with the Smart Grid) and Electric Mobility, that is a smart and automated management regarding movement and, overall, recharging of electrical vehicles. It is precisely in the latter case study that the project Remote Monitoring Emulator takes place. It consists in the development of a simulated platform for the management of an electrical vehicle recharging in a city. My personal contribution to this project lies in development and modeling of the simulation platform, of its counterpart in a mobile application and implementation of a city service prototype. This platform shall, ultimately, make up a demonstrator system exploiting the same device which a real user, inside his vehicle, would use. The main requirements that this platform shall satisfy will be interoperability, expandability and relevance to standards, as it needs to communicate with other development groups and to effectively respond to internal changes that can affect IoE.

Sviluppo di un'applicazione mobile per la valutazione di sostenibilità della mobilità personale mediante veicoli elettrici

La sempre minore disponibilità di combustibili fossili e il crescente inquinamento ambientale, hanno incentivato non solo la ricerca di fonti alternative di energia, ma anche lo sviluppo di nuove tecnologie che ci permettessero di sfruttarle. Non solo sono stati sviluppati pannelli solari e paleoliche, che ci permettono di ottenere energia rinnovabile; ma anche i "comuni" strumenti sono stati modificati per far fronte a queste esigenze. Tra le più importanti innovazioni, lo sviluppo delle auto elettriche è quella che ha riscosso più interesse. Nonostante gli ingenti investimenti iniziali però, l'immissione nel mercato non sta riscuotendo il successo sperato. Uno dei maggiori limiti riscontrati è quello che viene definito Range Anxiety, ovvero la paura che il veicolo elettrico (EV) non abbia abbastanza autonomia per garantire al conducente il raggiungimento della meta. Inoltre il tutto viene amplificato dai lunghi tempi di ricarica delle batterie e l'elevato costo degli EV. Per arginare questi problemi, in questo documento viene descritto lo sviluppo di un applicazione Android (WhatIfApp - WIA) per la valutazione della sostenibilità di un viaggio, facendo visualizzare all'utente i tempi di percorrenza (ottimizzati) e i consumi, che un EV dovrebbe affrontare in determinati percorsi. In particolare, ne viene spiegato l'utilizzo, le funzionalità, le scelte implementative e le future estensioni.

Progettazione e sviluppo di una applicazione mobile per il route planning con veicoli elettrici

L'indipendenza dai combustibili fossili è uno degli argomenti maggiormente trattati negli ultimi anni e lo sviluppo di tecnologie atte a produrre energia attraverso fonti rinnovabili è uno dei punti cruciali della ricerca moderna. L'utilizzo dei veicoli elettrici nel quotidiano rappresenta una delle vie principali per l'abbandono delle fonti non rinnovabili, tuttavia siamo ancora in presenza di qualche limite. Una delle principali ragioni per cui gli automobilisti sono restii ad utilizzare le auto elettriche è quella che in inglese viene definita Range Anxiety, ossia la preoccupazione di non riuscire a raggiungere la propria meta con l'autonomia residua del veicolo. Altri fattori che contribuiscono a scoraggiare gli automobilisti sono i lunghi tempi di ricarica e dove effettuare queste ultime. Per cercare di ridurre queste problematiche nel seguente elaborato viene descritto lo sviluppo di un applicazione per sistema Android, con lo scopo di simulare dei percorsi inseriti dall'utente come se venissero effettuati utilizzando un veicolo elettrico: l'applicativo, sfruttando un servizio esterno fornirà all'utente tutti i dati del percorso, come ad esempio dove effettuare una ricarica. Di seguito viene illustrato l'utilizzo dell'applicativo, la sua architettura, come è stato sviluppato e le sue future estensioni.

Integrazione delle infrastrutture di ricarica dei veicoli elettrici nelle reti di distribuzione dell'energia elettrica

La tesi tratta le tecniche Vehicle-to-Grid (V2G) per l'interfacciamento deli sistemi di ricarica dei veicoli elettrici alla rete. Si analizzano le problematiche che una connessione non controllata può causare e come si può risolvere questo problema. Segue un'analisi dei servizi ausiliari che il sistema V2G è in grado di fornire alla rete di distribuzione e la presentazione di una strategia di regolazione della tensione e della frequenza (SFVR). Infine viene mostrata l'applicazione del sistema V2G che si può ottenere integrando la struttura di ricarica di un veicolo elettrico all'impianto elettrico domestico.

Gestione dei sistemi di ricarica dei veicoli elettrici

La tesi tratta dei sistemi di ricarica dei veicoli elettrici e del loro impatto sulla rete. La tesi inoltre analizza i vantaggi delle tecnologie vehicle to grid per l'integrazione della produzione da fonti rinnovabili.

Stazioni di ricarica di veicoli elettrici: caratteristiche e regole della connessione

Oggetto della tesi sono i sistemi di ricarica dei veicoli elettrici, in particolare la diffusione in Europa delle stazioni di carica, i metodi di carica le caratteristiche della connessione del veicolo alla stazione, e della stazione alla rete pubblica di distribuzione. La tesi illustra lo stato dell’arte dei sistemi di ricarica, le norme relative, sia tecniche che di legge, l’interfaccia di connessione fra veicolo elettrico e stazione di ricarica, ancora oggetto di discussione e non ancora unificato a livello europeo. La tesi affronta anche i sistemi di protezione previsti dalla norma tecnica per la sicurezza delle persone dai contatti elettrici. La tesi contiene inoltre cenni al sistema di comunicazione tra veicolo e stazione di ricarica, e alla crescente attenzione della ricerca internazionale per le tecniche “vehicle to grid”.