Filtro Ativo Híbrido na Transformação de Microrredes com Alta Impedância em Barramento Quasi-infinito.

Microrredes isoladas sofrem com problemas de qualidade de energia, como distorções harmônicas e ressonâncias, devido ao valor elevado das impedâncias de saída dos conversores que as compõem. Estas impedâncias são normalmente associadas aos filtros LCL necessários na saída dos conversores para reduzir seu ruído de chaveamento. Como são impedâncias complexas, elas são dependentes da frequência, e então muito sensíveis ao conteúdo harmônico das correntes de carga. Isto leva a distorções significativas na tensão da microrrede, altamente dependente da corrente de carga, que resulta em uma qualidade de energia indesejável para os consumidores. Os filtros ativos híbridos são uma escolha razoável para compensação harmônica possibilitando um desempenho aprimorado na filtragem com custo reduzido quando comparados aos filtros ativos convencionais. Esta tese propõe uma nova aplicação para os filtros ativos híbridos como forma de melhorar o desempenho de microrredes isoladas com alta impedância equivalente. O filtro híbrido altera a impedância equivalente da microrrede fazendo com que ela se comporte como um sistema mais forte, transformando-a em um barramento quasi-infinito, se tornando assim menos sensível aos problemas de qualidade de energia já mencionados. É apresentada a conceituação das microrredes e dos conversores que dela fazem parte e a implementação prática de uma microrrede monofásica composta por um conversor e cargas com diferentes características. Os problemas relacionados à qualidade da energia nesta microrrede são demonstrados por meio de ensaios práticos e possíveis soluções são brevemente discutidas. Os conceitos e fundamentos do filtro ativo híbrido são apresentados juntamente com a implementação prática de um protótipo monofásico e seu funcionamento é comprovado através de resultados práticos. Por fim o filtro é inserido na microrrede onde, por meio de resultados experimentais, se mostra capaz de mitigar os problemas de qualidade de energia gerados pelas cargas não lineares dentro da microrrede. Também são feitas análises mostrando a alteração da impedância equivalente da fonte com a ação do filtro híbrido, tornando a microrrede um barramento quasi-infinito

Controle PLL-Less para Filtros Ativos Híbridos Baseado em Compensadores Ressonantes

Este trabalho propõe um algoritmo de controle para Filtros Ativos Híbridos baseado no Controlador Proporcional Ressonante. Este algoritmo emprega um conjunto de Compensadores Ressonantes que, aliado ao conceito da impedância ativa, permite a compensação, simultânea e seletiva, de várias componentes harmônicas utilizando apenas uma estrutura híbrida composta por um Filtro Ativo e um Banco de Capacitores. O algoritmo apresenta-se como uma alternativa para as estratégias de controle usuais para Filtros Híbridos e permite a eliminação de algoritmos PLL (do inglês Phase Locked Loop) para a realização do sincronismo do equipamento com a rede. Não há necessidade de nenhuma medida da tensão da rede, pois todo o sincronismo é obtido diretamente a partir das correntes do sistema.Os sistemas adicionais que compõem o algoritmo também são apresentados, como o método para detecção harmônica e a regulação do link DC do Filtro Ativo. São discutidos aspectos acerca da sintonia dos Compensadores Ressonantes, bem como considerações sobre sua implementação digital no DSP de ponto fixo TMS320F2812. Por fim, para demonstrar o desempenho do algoritmo de controle proposto, são apresentados resultados de simulações com o software MATLAB/Simulink® juntamente com resultados práticos obtidos em um protótipo monofásico de um Filtro Ativo Híbrido

Filtro Ativo Híbrido na Transformação de Microrredes com Alta Impedância em Barramento Quasi-infinito.

Microrredes isoladas sofrem com problemas de qualidade de energia, como distorções harmônicas e ressonâncias, devido ao valor elevado das impedâncias de saída dos conversores que as compõem. Estas impedâncias são normalmente associadas aos filtros LCL necessários na saída dos conversores para reduzir seu ruído de chaveamento. Como são impedâncias complexas, elas são dependentes da frequência, e então muito sensíveis ao conteúdo harmônico das correntes de carga. Isto leva a distorções significativas na tensão da microrrede, altamente dependente da corrente de carga, que resulta em uma qualidade de energia indesejável para os consumidores. Os filtros ativos híbridos são uma escolha razoável para compensação harmônica possibilitando um desempenho aprimorado na filtragem com custo reduzido quando comparados aos filtros ativos convencionais. Esta tese propõe uma nova aplicação para os filtros ativos híbridos como forma de melhorar o desempenho de microrredes isoladas com alta impedância equivalente. O filtro híbrido altera a impedância equivalente da microrrede fazendo com que ela se comporte como um sistema mais forte, transformando-a em um barramento quasi-infinito, se tornando assim menos sensível aos problemas de qualidade de energia já mencionados. É apresentada a conceituação das microrredes e dos conversores que dela fazem parte e a implementação prática de uma microrrede monofásica composta por um conversor e cargas com diferentes características. Os problemas relacionados à qualidade da energia nesta microrrede são demonstrados por meio de ensaios práticos e possíveis soluções são brevemente discutidas. Os conceitos e fundamentos do filtro ativo híbrido são apresentados juntamente com a implementação prática de um protótipo monofásico e seu funcionamento é comprovado através de resultados práticos. Por fim o filtro é inserido na microrrede onde, por meio de resultados experimentais, se mostra capaz de mitigar os problemas de qualidade de energia gerados pelas cargas não lineares dentro da microrrede. Também são feitas análises mostrando a alteração da impedância equivalente da fonte com a ação do filtro híbrido, tornando a microrrede um barramento quasi-infinito

Virtual Impedance-based Grid Synchronization for Converters Connected Through Long Cables

This paper proposes a synchronization scheme for grid-connected Voltage Source Inverters (VSI) without physical interface inductors, voltage sensing or conventional PLL algorithms. Especially, issues with converters connected trough long cables are addressed. These cables present non-negligible LC characteristics that can lead to resonance peaks degrading current or voltage waveforms. A virtual impedance is used as grid coupling element, providing a virtualized synchronization point within software using only already available current-sensor information. Also, virtual resistance is used to actively dampen resonance peaks caused by cable characteristics. Theoretical analysis and simulation results are presented to verify the proposed strategy

Grid-connected Converter Without Interfacing Filters: Principle, Analysis and Implementation

In this paper, the concept of grid-connected inverter without interfacing filters is proposed. Conventional grid-side voltage sensors and traditional phase-locked loop (PLL) are removed. Only the grid current is feedback to implement grid synchronization and decoupled P/Q control. 60-Hz sinusoidal output current is achieved relying on grid-side impedance only. The controller employs virtual impedance to couple with a wide range of grid-side impedance variations. With the proposed controller, the grid-connected inverter is capable of 1) decoupling the output real and reactive power; 2) synchronizing with a grid frequency fluctuation, and 3) tolerating the grid impedance variation. This paper addresses the principle of the proposed method. Multiple simulation results are provided for validation

Online Adaptive Parameter Estimation of a Finite Control Set Model Predictive Controlled Hybrid Active Power Filter

This paper presents a novel strategy for online parameter estimation in a hybrid active power filter (HAPF). This HAPF makes use of existing capacitor banks which it combines with an active power filter (APF) in order to dynamically compensate reactive power. The equipment is controlled with finite control set model predictive control (FCS-MPC) due to its already well-known fast dynamic response. The HAPF model is similar to a grid-connected LCL-filtered converter, so the direct control of the HAPF current can cause resonances and instabilities. To solve this, indirect control, using the capacitor voltage and the inverter-side current, is applied in the cost function, which creates high dependency between the system parameters and the equipment capability to compensate the load reactive power. This dependency is evaluated by simulations, in which the capacitor bank reactance is shown to be the most sensitive parameter, and, thus, responsible for inaccuracies in the FCS-MPC references. In order to minimize this problem without increasing the complexity of the FCS-MPC algorithm, an estimation technique, based on adaptive notch filters, is proposed. The proposed algorithm is tested in a laboratory prototype to demonstrate its ability to follow variations in the HAPF capacitor reactance, effectively correcting the reactive power reference and providing dynamic reactive power compensation. During the tests, the proposed algorithm was capable of keeping the supplied reactive power within a 1% error, even in a situation with 33% variation in the HAPF capacitor reactance

Using smart impedance to transform high impedance microgrid in a Quasi-infinite Busbar.

Isolated microgrids, due to the high values of the output converter impedances, suffer power quality problems, such as harmonic distortion and resonances. These impedances are normally the LCL output filter needed to suppress the switching ripple of the converters. As complex impedances, they are dependent of the frequency, therefore very sensitive to harmonic content of load current. This leads to a significant microgrid voltage distortion which results in undesirable power quality levels. Hybrid active power filters are a reasonable choice for harmonic compensation allowing good filtering performance at reduced cost. This paper describes the use of Smart Impedance, which is a new application of a hybrid active power filter, to change the microgrid bus impedance forcing it to behave as a quasi-infinite bus, without increasing active power capacity of the microgrid. The implementation can improve microgrid power quality by mitigating harmonic currents and harmonic voltage resonance. It allows connecting more nonlinear load in the bus keeping the microgrid voltage quality. Experimental results are presented to demonstrate the effectiveness of the proposed approach

Finite control set model predictive control for dynamic reactive power compensation with hybrid active power filters.

This work applies finite control set model predictive control (FCS-MPC) for dynamic reactive power compensation using a hybrid active power filter (HAPF). The FCS-MPC uses a model based on LCL-Filter equations to predict the system behavior and optimize the control action. In fact, the application of FCS-MPC in gridconnected converters with LCL-Filter is quite recent. This algorithm is a very promising control technique for power electronics converters and its use for reactive power control of hybrid filter has not been reported in the literature yet. This work uses the FCS-MPC in a multivariable structure along with an adaptive notch filter (ANF) to damp resonance. The main purpose is to improve the dynamic response of the HAPF. Simulation as well as practical results prove the feasibility of FCS-MPC application in HAPF reactive power control. The dynamic response of the equipment was significantly improved and represents the main contribution of this work. As a result, the FCS-MPC allows tracking fluctuations and abrupt changes in load reactive power

Filtros adaptativos aplicados em condicionadores de energia.

Este artigo apresenta uma compara??o entre quatro algoritmos para a compensa??o do conte?do harm?nico e da pot?ncia reativa atrav?s de condicionadores de energia. Os quatro algoritmos testados s?o: o m?todo da refer?ncia s?ncrona, o filtro adaptativo sintonizado utilizando PLL para gerar os sinais de refer?ncia, o filtro adaptativo sintonizado utilizando a Transformada de Clarke para gerar os sinais de refer?ncia e o filtro adaptativo sintonizado com estimador de frequ?ncia. O principal objetivo ?e demonstrar a habilidade dos filtros adaptativos em acompanhar as varia??es do sinal de entrada, sem a necessidade de um algoritmo de sincronismo, como o PLL. Os algoritmos foram simulados, implementados no DSP TMS320F2812 e testados diretamente em filtros ativos de pot?ncia. Diversos aspectos relativos ao tempo de execu??o, ? velocidade de converg?ncia e ao erro em regime permanente s?o apresentados.This paper presents a comparison of four algorithms for the compensation of the harmonic content and the reactive power through power conditioners. The tested algorithms are: the method of synchronous reference, adaptive filter tuned using the PLL to generate reference signals, the adaptive tuned filter using the Clarke Transformation to generate reference signals and the adaptive tuned filter with frequency estimator. The objective is to demonstrate their ability of tracking the signal variations without the use of synchronization techniques, like a PLL. The algorithms are simulated and implemented in DSP TMS320F2812 for active power filter structures. Several important aspects concerning the computation time, convergence speed and steady-state error are presented

Adaptive real-time power measurement based on IEEE standard 1459-2010.

This article presents the theoretical development and implementation of an adaptive algorithm for real-time measurement of electrical powers under sinusoidal, non-sinusoidal, balanced, and unbalanced conditions according to the definitions given by IEEE Standard 1459-2010. The algorithm is based on adaptive filter notch filter implementation, where the parameters are adjusted by tracking the amplitude and phase variations to improve the accuracy of the power measurement. The algorithm uses the filter coefficients to calculate powers, resulting in low computational burden. The results of computer simulation and practical implementation using a fixed-point digital signal controller are shown in detail, proving the accuracy and efficiency of the algorithm