High-Efficiency Line Conditioners With Enhanced Performance for Operation With Non-Linear Loads

This paper presents the analysis, design, and experimental performance verification of a serial type line conditioner. Since it processes only a fraction of the load power, the overall converter losses tend to be lower and the efficiency of the conditioner higher. Regarding the dynamic performance, the line inductance, which results in a positive zero in the transfer function of the plant, is taken into consideration when designing a voltage controller with higher bandwidth for faster response. In addition, a virtual resistance is included in the control of the system to damp oscillations often seen for operations at light load and with nonlinear load conditions. Experimental results obtained with a 10 kVA prototype of a serial line conditioner fed from the load side and the proposed feedback control scheme are presented to demonstrate the superior performance of the line conditioner

Estudo de uma nova topologia de conversor aplicada em condicionadores de tensão alternada

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica.Este trabalho apresenta uma nova topologia de conversor aplicada em condicionadores de tensão alternada. Os condicionadores fornecem energia para cargas lineares e não-lineares, provendo tensão de saída estável e com menor conteúdo harmônico. São estudadas as etapas de operação, modelagem e simulações da nova topologia de conversor CA-CA e sua aplicação em condicionadores de tensão alternada. Ao final deste trabalho são apresentados o projeto e os resultados experimentais de um condicionador de tensão com potência de 10kVA, tensão de saída de 220V/60Hz e freqüência de chaveamento de 20kHz

Controle digital de um condicionador de tensão alternada usando PLL para obtenção do sinal de referência

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica.O objetivo maior desse trabalho é realizar um estudo e projeto de um condicionador indireto de tensão alternada controlado digitalmente através do processador digital de sinais (DSP) da Texas Instruments. Para obter um sinal de referência isento de distorções harmônicas e que acompanhe variações na freqüência presentes na rede elétrica, foi utilizado um PLL digital baseado na teoria da potência instantânea trifásica. Para o controle digital proposto neste trabalho usam-se duas malhas, uma de pré-alimentação da tensão de entrada e outra de controle do valor eficaz da tensão de saída. Ao final do trabalho é apresentada uma metodologia de projeto e resultados experimentais de um protótipo com 220V/60Hz de tensão de saída e 20kHz de freqüência de comutação. The aim of this work is to study and design a digitally-controlled indirect alternating-voltage conditioner using a Texas Instruments digital signal processor. In order to obtain a harmonic-distortion-free reference signal which is able to follow changes in network power frequency, a digital PLL was used based in the theory of instantaneous three-phase power. In the digital control proposed in this work, two circuits are used, one for input voltage feedforward and another controlling the effective output-voltage. At the end of the work, a design methodology is presented and results for a 220V/60Hz output voltage prototype operating at a switching frequency of 20kHz are shown

Novel line conditioner with voltage up/down capability

In this paper, a novel pulsewidth-modulated line conditioner with fast output voltage control is proposed. The line conditioner is made up of an ac chopper with reversible voltage control and a transformer for series voltage compensation. In the ac chopper, a proper switching operation is achieved without the commutation problem. To absorb energy stored in line stray inductance, a regenerative dc snubber can be utilized which has only one capacitor without discharging resistors or complicated regenerative circuit for snubber energy. Therefore, the proposed ac chopper gives high efficiency and reliability. The output voltage of the line conditioner is controlled using a fast sensing technique of the output voltage. It is also shown via some experimental results that the presented line conditioner gives good dynamic and steady-state performance for high quality of the output voltage.X1139sciescopu

Estudo de um condicionador de tensão alternada com compensação série, utilizando um conversor indireto CA-CA com alimentação a jusante

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaEste trabalho apresenta o estudo de um condicionador de tensão ca operando em malha fechada. A topologia proposta possui compensação série de tensão alternada, cuja configuração lhe permite operar com apenas parte da potência de carga. O princípio de funcionamento é basicamente o de uma fonte de tensão controlada, que objetiva o condicionamento da tensão de saída, frente às perturbações do sistema. Para a análise da operação em malha fechada utiliza-se uma técnica de controle linear. São apresentados a metodologia de projeto, os resultados por simulação e os ensaios de um protótipo de 10 kVA, validando a teoria e comprovando as características da topologia proposta. This work presents the study of an ac line conditioner with closed loop operation. The proposed topology has serial ac voltage compensation, which configuration allows operate with only a part of the load power. The principle of operation is basically that of a controlled voltage source, which provides the conditioning of output voltage face of system´s perturbation. For analysis of closed loop operation, a technique of linear control is used. Design methodology, simulation and experimental results of a 10 kVA prototype are presented, to validate the theoretical analysis and to prove the expected characteristics of the proposed topology

Energy saving through voltage optimisation & non-intrusive load monitoring in domestic house

Energy consumption worldwide in domestic domain accounts for almost one third of the total energy consumption so it is important to reduce energy usage in this sector for energy sustainability. The project aims to investigate two domestic energy saving methodologies in domestic sector, namely voltage optimisation and non-intrusive load monitoring. The first method is to address the issues of unnecessarily extra usage of electrical energy caused by excessively high mains voltage. It is achieved via a voltage optimiser to maintain the voltage at a desired constant level. The second method is to make electrical energy usage information more transparent to consumers and identify the potential energy waste caused by misusing energy of devices. This is to be achieved via the methodology of load disaggregation. The mains voltage delivered to individual houses varies constantly depending on the location of the house, the load condition and other factors. The method of installing voltage optimiser in domestic houses to optimise the voltage and reduce energy consumption started from last decade. Most of the existing voltage optimisers do not have very precise voltage control and there is very limit report on the theoretical analysis of them. Therefore, a power electronic based voltage stabiliser for voltage optimisation in domestic house is proposed in this project and an intensive study of proposed voltage stabiliser is carried out in terms of the topology, mathematical modelling and control strategy design. The simulation and experiment results are also presented to verify the proposed voltage stabiliser in this thesis. The current method adopted for analysing energy saving is via comparing the electricity bill of a house before and after the installation of a voltage optimiser. But it is impossible to ensure that the user behaviour and energy usage pattern are exact same in these two cases. The lack of quantitative analysis on energy saving has become a major obstacle to convince people and promote the voltage optimisation in domestic house. This project investigated a method for estimating the energy saving of installing a voltage optimiser in real time. An energy saving algorithm is presented and implemented. A test rig hosting different types of electric loads is established to verify the robustness of this algorithm. The experiment results demonstrate that the presented algorithm can estimate the energy saving achieved by a voltage optimiser in real time with very high accuracy. Non-intrusive load monitoring is to disaggregate the total electricity consumption into individual appliances based on the voltage and current measurement at premise level. Most of the existing approaches require massive training and pre-known dataset to obtain the disaggregated energy breakdown of a house and there is no well accepted approach to monitor the home appliances operation in real time. The project is to explore a new method by which the operations of individual appliances can be monitored in real-time simultaneously. A new load signature is proposed to describe the features of appliances and an event based algorithm is developed in this project. The algorithm is then implemented onto a test rig with 6 different appliances and 11 working modes. The evaluation results demonstrate that the proposed algorithm is able to monitor the operations of individual appliances and feedback the information in real time

Estabilizadores de tensão alternada para alimentação de cargas não-lineares: estudo de variações topológicas e métodos de controle

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia ElétricaNeste trabalho aborda-se o estudo de estabilizadores de tensão alternada que possuem a capacidade de disponibilizar na saída uma tensão com amplitude e forma de acordo com uma referência pré-determinada. Através de uma ampla revisão bibliográfica dos conversores CA-CA faz-se uma classificação dos mesmos e generaliza-se o conceito de compensação série de tensão. Uma topologia de conversor CA-CA indireto sem elementos armazenadores de energia no barramento é escolhida e estudada em todos os seus detalhes, desde o estágio de potência até as possíveis formas de controle da mesma. Na metodologia de projeto do estágio de potência é levada em conta a modelagem da carga não-linear e da tensão de entrada distorcida. As implicações no controle do conversor na presença de impedância de linha são estudadas e, sugere-se a utilização de um filtro de entrada para possibilitar a utilização do controle por realimentação instantânea da tensão de saída, juntamente com um controlador com resposta dinâmica rápida. Os resultados experimentais validam os estudos teóricos realizados, além de corroborar algumas hipóteses discutidas no decorrer do trabalho