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.

Projeto de um sistema de conversor multinível para painéis fotovoltaicos

A produção de energia elétrica a partir de fontes de energia renovável está gradualmente a ser uma alternativa à energia produzida a partir de combustíveis fósseis. A técnica de conversão dessas mesmas energias para energia elétrica, para entrega na Rede de Energia Elétrica (REE), é cada vez mais estudada para que se obtenha uma maior eficiência assim como qualidade. Neste trabalho desenvolve-se um projeto de conversão de energia fotovoltaica, para produção de energia elétrica para a rede utilizando um conversor multinível, otimizando a transferência de potência assim como melhorando a forma da corrente AC. A conversão multinível é uma topologia que tem algumas vantagens relativamente à topologia de 2 níveis, permitindo trabalhar com níveis de tensão mais elevados, melhorando a qualidade de energia. O conversor multinível de díodos ligados ao ponto neutro utiliza condensadores para criar os níveis de tensão, que neste trabalho vão ser usados para ligar os painéis, otimizando a transferência de potência. Aplica-se um método de controlo das correntes AC para terem a forma a alternada e sinusoidal e em fase com a tensão da rede. Os resultados experimentais mostram que a utilização do algoritmo de procura do ponto de máxima potência dos painéis permitem a extrair a máxima potência, de acordo com as condições de irradiação solar e temperatura dos painéis.

Projeto de um sistema de conversor multinível para painéis fotovoltaicos

A produção de energia elétrica a partir de fontes de energia renovável está gradualmente a ser uma alternativa à energia produzida a partir de combustíveis fósseis. A técnica de conversão dessas mesmas energias para energia elétrica, para entrega na Rede de Energia Elétrica (REE), é cada vez mais estudada para que se obtenha uma maior eficiência assim como qualidade. Neste trabalho desenvolve-se um projeto de conversão de energia fotovoltaica, para produção de energia elétrica para a rede utilizando um conversor multinível, otimizando a transferência de potência assim como melhorando a forma da corrente AC. A conversão multinível é uma topologia que tem algumas vantagens relativamente à topologia de 2 níveis, permitindo trabalhar com níveis de tensão mais elevados, melhorando a qualidade de energia. O conversor multinível de díodos ligados ao ponto neutro utiliza condensadores para criar os níveis de tensão, que neste trabalho vão ser usados para ligar os painéis, otimizando a transferência de potência. Aplica-se um método de controlo das correntes AC para terem a forma a alternada e sinusoidal e em fase com a tensão da rede. Os resultados experimentais mostram que a utilização do algoritmo de procura do ponto de máxima potência dos painéis permitem a extrair a máxima potência, de acordo com as condições de irradiação solar e temperatura dos painéis.

Simulação de um sistema aerogerador com controlo óptimo predictivo

Nesta dissertação de mestrado propõe-se simular um sistema para melhorar a qualidade da energia eléctrica produzida por um parque eólico, utilizando conversores multinível NPC costas com costas e controlo óptimo predictivo. Neste trabalho é feito o controlo da potência activa e reactiva que é fornecida à rede de energia eléctrica, a partir de um gerador eólico e é optimizada a forma de onda alternada e sinusoidal de tensão trifásica sem neutro, minimizando o tremor das correntes e a distorção harmónica total, contribuindo para melhorar a qualidade de energia da rede ou de sistemas de alimentação para aplicações críticas como são os sistemas de telecomunicações. Recorre-se ao Matlab/Simulink para simular e comparar os resultados obtidos no sistema de conversão de energia de um parque eólico com o conversor costas com costas com controlo óptimo predictivo com os resultados obtidos com o conversor costas com costas PWM, disponível na biblioteca do software de simulação.

Sistema de carga bidirecional para veículo elétrico

As preocupações com o elevado consumo de combustíveis fósseis e a crescente poluição atmosférica conduziram ao desenvolvimento dos veículos elétricos e dos veículos elétricos híbridos. O crescimento do parque automóvel elétrico levou à necessidade de considerar a sua integração na rede eléctrica, ao nível dos impactos estimados, mas também na sua potencial contribuição para uma gestão inteligente do sistema, funcionando como um buffer da energia produzida, permitindo desacoplar a produção do consumo, e assim melhor a eficiência global. Neste trabalho foi efetuado um estudo relacionado com a ligação bidirecional entre os veículos eléctricos e a rede eléctrica que permitirá o uso das baterias instaladas nos veículos participar nesse apoio à rede, debruçando-se primeiramente sobre o desenvolvimento das baterias que permanecem como elos mais fracos. Utilizando diferentes ferramentas de simulação e de análise de resultados foi depois efetuado um estudo sobre dois sistemas alternativos capazes de implementar o conceito V2G respeitando as restrições do ponto de vista normativo. Os resultados obtidos a partir de uma simulação coordenada entre os programas Simulink/Matlab e PSIM permitiram demostram o bom funcionamento dos 2 sistemas propostos, permitindo ficar com a convicção que o conversor multinível será capaz de proporcionar os resultados desejados com um menor tempo de resposta.

O efeito país sobre o desempenho da firma: uma abordagem multinível

Este trabalho analisou a influência do país sobre o desempenho das firmas. A análise empírica tomou por base uma amostra de 83.641 observações de 10.927 firmas em 37 países e 224 indústrias, em um período de 10 anos. Um modelo linear hierárquico de três níveis com classificação cruzada permitiu identificar que a importância relativa dos efeitos país, indústria e interação indústria-país é semelhante e, em conjunto, aproximadamente da mesma magnitude do efeito firma. Além de estimar a importância do efeito país, o trabalho analisou a infl uência individual de cada país sobre o desempenho das fi rmas, o que permitiu a elaboração de um ranking de países com base na lucratividade das fi rmas.

Conversor estático de potência tolerante a falhas

O trabalho apresentado nesta dissertação refere-se à concepção, projecto e realização experimental de um conversor estático de potência tolerante a falhas. Foram analisados trabalhos de investigação sobre modos de falha de conversores electrónicos de potência, topologias de conversores tolerantes a falhas, métodos de detecção de falhas, entre outros. Com vista à concepção de uma solução, foram nomeados e analisados os principais modos de falhas para três soluções propostas de conversores com topologias tolerantes a falhas onde existem elementos redundantes em modo de espera. Foram analisados os vários aspectos de natureza técnica dos circuitos de potência e guiamento de sinais onde se salientam a necessidade de tempos mortos entre os sinais de disparo de IGBT do mesmo ramo, o isolamento galvânico entre os vários andares de disparo, a necessidade de minimizar as auto-induções entre o condensador DC e os braços do conversor de potência. Com vista a melhorar a fiabilidade e segurança de funcionamento do conversor estático de potência tolerante a falhas, foi concebido um circuito electrónico permitindo a aceleração da actuação normal de contactores e outro circuito responsável pelo encaminhamento e inibição dos sinais de disparo. Para a aplicação do conversor estático de potência tolerante a falhas desenvolvido num accionamento com um motor de corrente contínua, foi implementado um algoritmo de controlo numa placa de processamento digital de sinais (DSP), sendo a supervisão e actuação do sistema realizados em tempo-real, para a detecção de falhas e actuação de contactores e controlo de corrente e velocidade do motor utilizando uma estratégia de comando PWM. Foram realizados ensaios que, mediante uma detecção adequada de falhas, realiza a comutação entre blocos de conversores de potência. São apresentados e discutidos resultados experimentais, obtidos usando o protótipo laboratorial.

Projecto de um conversor redutor CC-CC comutado para SoC

A evolução da tecnologia CMOS tem possibilitado uma maior densidade de integração de circuitos tornando possível o aumento da complexidade dos sistemas. No entanto, a integração de circuitos de gestão de potência continua ainda em estudo devido à dificuldade de integrar todos os componentes. Esta solução apresenta elevadas vantagens, especialmente em aplicações electrónicas portáteis alimentadas a baterias, onde a autonomia é das principais características. No âmbito dos conversores redutores existem várias topologias de circuitos que são estudadas na área de integração. Na categoria dos conversores lineares utiliza-se o LDO (Low Dropout Regulator), apresentando no entanto baixa eficiência para relações de conversão elevadas. Os conversores comutados são elaborados através do recurso a circuitos de comutação abrupta, em que a eficiência deste tipo de conversores não depende do rácio de transformação entre a tensão de entrada e a de saída. A diminuição física dos processos CMOS tem como consequência a redução da tensão máxima que os transístores suportam, impondo o estudo de soluções tolerantes a “altatensão”, com o intuito de manter compatibilidade com tensões superiores que existam na placa onde o circuito é incluído. Os sistemas de gestão de energia são os primeiros a acompanhar esta evolução, tendo de estar aptos a fornecer a tensão que os restantes circuitos requerem. Neste trabalho é abordada uma metodologia de projecto para conversores redutores CCCC comutados em tecnologia CMOS, tendo-se maximizado a frequência com vista à integração dos componentes de filtragem em circuito integrado. A metodologia incide sobre a optimização das perdas totais inerentes à comutação e condução, dos transístores de potência e respectivos circuitos auxiliares. É apresentada uma nova metodologia para o desenvolvimento de conversores tolerantes a “alta-tensão”.

Comando e monitorização com PIC do conversor modulador bipolar

O presente trabalho apresenta a análise, o projecto, a implementação e os ensaios de um protótipo de comando e monitorização dum conversor de potência, um gerador modulador bipolar, através de microcontroladores PIC. Foram desenvolvidos os circuitos de comando e respectivo protótipo, o circutiro de aquisição de sinal e o sftware para comandar e monitorizar o conversor modulador bipolar.

Fast optimum-predictive control and capacitor voltage balancing strategy for bipolar back-to-back NPC converters in high-voltage direct current transmission systems

Multilevel power converters have been introduced as the solution for high-power high-voltage switching applications where they have well-known advantages. Recently, full back-to-back connected multilevel neutral point diode clamped converters (NPC converter) have been used inhigh-voltage direct current (HVDC) transmission systems. Bipolar-connected back-to-back NPC converters have advantages in long-distance HVDCtransmission systems over the full back-to-back connection, but greater difficulty to balance the dc capacitor voltage divider on both sending and receiving end NPC converters. This study shows that power flow control and dc capacitor voltage balancing are feasible using fast optimum-predictive-based controllers in HVDC systems using bipolar back-to-back-connected five-level NPC multilevel converters. For both converter sides, the control strategytakes in account active and reactive power, which establishes ac grid currents in both ends, and guarantees the balancing of dc bus capacitor voltages inboth NPC converters. Additionally, the semiconductor switching frequency is minimised to reduce switching losses. The performance and robustness of the new fast predictive control strategy, and its capability to solve the DC capacitor voltage balancing problem of bipolar-connected back-to-back NPCconverters are evaluated.

Fatores associados à evolução ponderal de gestantes: uma análise multinível

OBJETIVO: Avaliar a influência de fatores socioeconômicos, reprodutivos e comportamentais sobre a evolução do peso durante a gestação. MÉTODOS: O peso corporal foi mensurado prospectivamente em uma coorte de 215 gestantes saudáveis atendidas por um serviço público de pré-natal do Município de São Paulo, no período de 1997 a 1998. Os critérios de inclusão foram: idade > 18 anos e início do pré-natal com idade gestacional < 16 semanas. A relação entre as variáveis independentes com a evolução do peso durante a gestação foi avaliada mediante análise multinível linear hierarquizada, analisada pelo teste de máxima verossimilhança. RESULTADOS: Na análise multinível, os fatores significantemente associados ao ganho de peso gestacional foram IMC inicial, escolaridade, situação marital e paridade. As equações obtidas permitiram identificar o efeito individualizado de cada uma das características: IMC inicial eutrófico, escolaridade >4 anos, ausência de companheiro e primiparidade proporcionam acréscimos de 3,0 kg, 1,9 kg, 2,3 kg e 2,4 kg, respectivamente, no ganho de peso total durante a gestação. CONCLUSÕES: O IMC inicial, escolaridade e paridade são características maternas que, com o estado marital, devem ser consideradas no desenvolvimento de estratégias para a promoção de um ganho de peso adequado durante a gestação.

Análise multinível das variações no índice de massa corporal entre adultos, Brasil, 2006

OBJETIVO: Analisar variações do índice de massa corporal (IMC) entre adultos segundo fatores individuais e características ambientais das cidades. MÉTODOS: Foram utilizados dados de 2006 do Sistema de Vigilância de Fatores de Risco e Proteção para Doenças Crônicas por Inquérito Telefônico (VIGITEL). Trata-se de inquérito baseado em entrevistas telefônicas realizadas em amostras probabilísticas da população com idade >18 anos nas 26 capitais estaduais brasileiros e no Distrito Federal. A análise de fatores associados incluiu variáveis socioeconômicas e demográficas, individuais e ambientais da cidade referentes a 49.395 participantes do VIGITEL. O consumo alimentar foi avaliado por escore de alimentação saudável e pelo consumo de frutas e hortaliças cinco ou mais vezes por dia. Atividade física foi avaliada pela freqüência e duração de exercícios, e pela presença local de equipamentos para realizá-los. As associações foram testadas em modelos lineares multinível (p<0,05). RESULTADOS: As associações do IMC com as variáveis explicativas individuais diferiram entre os sexos. Escolaridade associou-se positivamente ao IMC em homens e negativamente em mulheres. Consumo de frutas e hortaliças associou-se positivamente ao IMC em homens. Para ambos, a existência de localidades para realizar exercícios associou-se negativamente com o IMC. CONCLUSÕES: Embora haja grande discrepância nas médias de IMC entre as cidades brasileiras, a existência de local para atividade física, características econômicas e de consumo alimentar pouco explicaram a variação no IMC.

Fatores associados à incapacidade funcional dos idosos no Brasil: análise multinível

OBJETIVO: Analisar a influência dos fatores demográficos, socioeconômicos, de condições de saúde e do contexto das unidades da federação na incapacidade funcional dos idosos. MÉTODOS: Estudo transversal que utilizou dados da Pesquisa Nacional por Amostra de Domicílio (PNAD) de 2003, do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) e do Instituto de Pesquisa Econômica Aplicada (Ipea). A amostra foi constituída de 33.515 indivíduos com 60 anos ou mais de idade. A variável dependente foi a incapacidade funcional, mensurada pela dificuldade por subir ladeira ou escada. As variáveis independentes foram divididas em dois níveis: individual (características demográficas, socioeconômicas e relativas à saúde) e de contexto (Índice de Gini e Produto Interno Bruto per capita por unidade da federação em 2000). Um modelo de regressão logística multinomial multinível foi utilizado para estimar o efeito das variáveis independentes na incapacidade funcional dos idosos. RESULTADOS: A incapacidade funcional foi associada com fatores demográficos, socioeconômicos e de saúde. Em nível individual, o sexo, a educação, a renda, a ocupação, a autopercepção de saúde e as doenças crônicas foram os fatores mais fortemente relacionados. Em nível de contexto, a desigualdade de renda exibiu uma importante influência. CONCLUSÕES: A autopercepção de saúde é o fator mais fortemente relacionado com a incapacidade funcional dos idosos no Brasil, seguida das doenças crônicas. Sexo, ocupação, escolaridade e renda também são altamente associados. Ações que abordam os principais fatores associados à incapacidade funcional podem contribuir significativamente para o bem-estar e qualidade de vida dos idosos.

Desigualdades sociais e doença periodontal no estudo SBBrasil 2010: abordagem multinível

OBJETIVO: Estimar a prevalência e a distribuição geográfica da doença periodontal na população adulta brasileira e sua associação com desigualdades sociais contextuais e individuais. MÉTODOS: Foram utilizados dados dos adultos de 35 a 44 anos de idade da Pesquisa Nacional de Saúde Bucal – SBBrasil 2010 (n = 9.564). O Índice Periodontal Comunitário (CPI) e o Índice de Perda Periodontal (PIP) foram usados para definir a doença periodontal em “moderada a grave” (CPI > 2 e PIP > 0) e “grave” (CPI > 2 e PIP > 1). As desigualdades sociais contextuais incluíram o índice de desenvolvimento humano e a desigualdade de renda (Índice de Gini). Outras variáveis contextuais foram a cobertura de equipes de saúde bucal da Estratégia de Saúde da Família e o percentual de adultos fumantes. Modelos de regressão logística multinível para os participantes com dados completos (n = 4.594) foram usados para estimar odds ratios (OR) e intervalos de 95% de confiança (IC95%) entre desigualdades sociais e doença periodontal. RESULTADOS: A prevalência da doença periodontal “moderada a grave” em brasileiros adultos foi de 15,3% e 5,8% para a condição “grave”, com variações consideráveis entre os municípios. Dentre as variáveis contextuais, a desigualdade de renda foi independentemente associada com a doença periodontal “grave” (OR = 3,0; IC95% 1,5;5,9). A menor cobertura de equipes de saúde bucal foi associada com as duas formas de doença periodontal, enquanto o percentual de fumantes manteve-se associado com a doença periodontal “moderada a grave”. Adultos com idade mais avançada, de cor de pele parda, sexo masculino, menor renda familiar e menor escolaridade apresentaram maiores chances para ambas as condições periodontais investigadas. CONCLUSÕES: No Brasil, a prevalência da doença periodontal variou conforme o município e a definição de doença empregada. A desigualdade de renda teve um papel importante na ocorrência da doença periodontal “grave”. Características individuais de posição social foram associadas com as duas formas de doença periodontal.

Offshore wind turbine simulation: multibody drive train. Bacl-to-back NPC (Neutral Point Clamped) converters: Fractional-order control

This paper is on offshore wind energy conversion systems installed on the deep water and equipped with back-to-back neutral point clamped full-power converter, permanent magnet synchronous generator with an AC link. The model for the drive train is a five-mass model which incorporates the dynamic of the structure and the tower in order to emulate the effect of the moving surface. A three-level converter and a four-level converter are the two options with a fractional-order control strategy considered to equip the conversion system. Simulation studies are carried out to assess the quality of the energy injected into the electric grid. Finally, conclusions are presented. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.