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Title: Contribuições para algoritmos de sincronização de conversores estáticos conectados à rede elétrica.
Other Titles: Contributions to synchronization algorithms for static converters connected to the electrical grid.
???metadata.dc.creator???: DANTAS, Nicolau Kellyano Leite.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: CORRÊA, Mauricio Beltrão de Rossiter.
???metadata.dc.contributor.advisor2???: LIMA, Antonio Marcus Nogueira.
???metadata.dc.contributor.referee1???: OLIVEIRA, Alexandre Cunha.
???metadata.dc.contributor.referee2???: SANTOS JÚNIOR, Gutemberg Gonçalves do.
Keywords: Conversores Estáticos – Energia Elétrica;Sincronização;Phase Locked Loop (PLL);Controlador Proporcional Integral (PI);Controlador Proporcional Ressonante (PR);Banco de Filtros Adptativos de Atraso (Filtro ADB);Eliminação de Harmônicos;Static Converters - Electric Power;Synchronization;Integral Proportional Controller (PI);Proportional Resonant Controller (PR);Bank of Adaptive Filters Delay (ADB Filter);Elimination of Harmonics
Issue Date: 25-Sep-2018
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: DANTAS, Nicolau Kellyano Leite. Contribuições para algoritmos de sincronização de conversores estáticos conectados à rede elétrica. 2018. 108 fl. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) – Universidade Federal de Campina Grande, Centro de Engenharia Elétrica e Informática, Campina Grande - Paraíba - Brasil, 2018.
???metadata.dc.description.resumo???: Normalmente, para equipamentos conectados à rede como conversores de energia, filtros ativos, retificadores controlados e outros, os algoritmos phase locked loop (PLL) são usados para obter a sincronização entre à rede elétrica e o equipamento. No entanto, muitas vezes esses algoritmos de PLLs apresentam resposta dinâmica insatisfatória quando a rede elétrica apresenta distorções como harmônicos e degrau de fase. Neste trabalho, são discutidas melhorias de desempenhos no rastreamento de fase e frequência para algoritmos de PLLs. Inicialmente é proposto a utilização de um banco de filtros adaptativos de atraso (filtro ADB) para resolver o problema do erro de fase do PLL de onda quadrada (PLLOQ), quando a rede apresenta componentes harmônicas. Através dos testes de simulações e experimentais, foi verificado que o erro de fase causado por harmônicos pode ser eliminado. No entanto, a correção do erro introduziu um atraso de 10ms na dinâmica do PLLOQ. Ainda assim, esse PLL foi competitivo se comparado a outras estruturas, por exemplo, as que usam Ąfiltro notch adaptativo. Em seguida, é proposta a utilização do controlador proporcional ressonante (PR) ideal nas estruturas de PLLs. É apresentado um método sistemático para projetar os parâmetros de controle de um PLL utilizando o controlador PR. Comparações de desempenho do PLL clássico utilizando o controlador proporcional integral (PI) frente ao controlador PR são apresentadas através de simulações e resultados experimentais, e foi constatado que o PLL com controlador PR obteve uma resposta mais rápida na detecção da fase e frequência. Também foi verificada uma boa precisão (erro nulo em estado estacionário) na detecção dos parâmetros de interesse, além de obter resultados satisfatórios (conseguiu rastrear a fase e frequência) quando a rede apresentou distorções. Posteriormente, é comparado o desempenho dos seguintes PLLs: (1) PLL baseado na Transformação Inversa de Park (Park-PLL) utilizando os controladores PI e PR, (2) PLL baseado no Integrador Generalizado de Segunda Ordem (SOGI-PLL) utilizando o controlador PI e (3) Enhanced Phase Locked Loop (EPLL) com controlador PI. Através das análises, para diferentes cenários de rede, foi verificado que o melhor desempenho entre esses algoritmos ficou com o SOGI-PLL com controlador PI. O Park-PLL com controlador PR obteve o detector de fase mais rápido, enquanto que o EPLL com controlador PI obteve o detector de fase mais lento. Além disso, foi visto que esses algoritmos obtiveram erro nulo em estado estacionário, exceto quando a rede apresentou harmônicos. Por fim, foi realizada uma análise geral dos principais resultados obtidos neste trabalho, onde foram indicadas as melhores escolhas de PLLs para aplicações específicas.
Abstract: Normally, for equipments connected to the grid such as power converters, active Ąlters, controlled rectiĄers and others, phase locked loop (PLL) algorithms are used to obtain synchronization between the electric grid and equipment. However, these PLL algorithms often present unsatisfactory dynamic response when the electrical grid presents distortions such as harmonics and phase steps. In this work, it is discussed performance improvements in phase and frequency tracking for PLL algorithms. It is proposed the use of an adaptive delay bank Ąlter (ADB Ąlter) to solve the problem of square wave PLL (PLLOQ) phase error, when the grid presents harmonic components. Through simulation and experimental tests, it was veriĄed that the phase error caused by harmonics can be eliminated. However, the error correction introduced a delay of 10ms in PLLOQ dynamics. Nevertheless, this PLL was competitive when compared to other structures, for example, those that use adaptive notch Ąlter. Next, it is proposed to use the ideal resonant proportional (PR) controller in PLL structures. A systematic method for designing the control parameters of a PLL using the PR controller is presented. Performance comparisons of the classical PLL using the proportional integral (PI) controller versus PR controller are presented by means of simulation and experimental results, where it was veriĄed that the PLL with the PR controller obtained a faster response in the phase and frequency detection. It was also veriĄed, a good precision (null error in steady state) in the detection of the parameters of interest, besides obtaining satisfactory results (it tracked phase and frequency) when the grid presented distortions. Subsequently, the performances of the following PLLs are compared: (1) PLL based on the Park Inverse Transformation (Park-PLL) using the PI and PR controllers, (2) PLL based on the Generalized Second Order Integrator (SOGI- PLL) using the PI controller and (3) Enhanced Phase Locked Loop (EPLL) with PI controller. Through the analyzes, for diferent grid scenarios, it was veriĄed that the best performance among these algorithms was that of the SOGI-PLL with PI controller. The Park-PLL with PR controller obtained the fastest phase detection, while the EPLL with PI controller obtained the slowest phase detector. Furthermore, it was observed that these algorithms obtained null error in steady state, except when the grid presented harmonics. Finally, a general analysis of the main results obtained in this work was carried out, where the best PLL choices for speciĄc applications were indicated.
Keywords: Conversores Estáticos – Energia Elétrica
Sincronização
Phase Locked Loop (PLL)
Controlador Proporcional Integral (PI)
Controlador Proporcional Ressonante (PR)
Banco de Filtros Adptativos de Atraso (Filtro ADB)
Eliminação de Harmônicos
Static Converters - Electric Power
Synchronization
Integral Proportional Controller (PI)
Proportional Resonant Controller (PR)
Bank of Adaptive Filters Delay (ADB Filter)
Elimination of Harmonics
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharia Elétrica
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/26447
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