Estudo, modelagem e controle de um conversor modular multinível em dupla estrela com células meia ponte sob ação de faltas

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dc.contributor.advisorStopa, Marcelo Martins
dc.contributor.advisor-coLuiz, Alex-Sander Amável
dc.contributor.advisor-coLatteshttp://lattes.cnpq.br/7844638464222284
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/1893099190537471
dc.contributor.authorSilva, Vinícius Marinho
dc.contributor.referee1Marcelo Martins Stopa
dc.contributor.referee2Alex-Sander Amável Luiz
dc.contributor.referee3Allan Fagner Cupertino
dc.contributor.referee4Heverton Augusto Pereira
dc.contributor.referee5Marcos Antônio Severo Mendes
dc.date.accessioned2023-08-07T15:26:34Z
dc.date.available2023-08-07T15:26:34Z
dc.date.issued2020
dc.description.abstractOs conversores modulares multiníveis se popularizaram na indústria em diversas aplicações como sistemas de transmissão CA flexíveis, compensadores síncronos estáticos, controle de motores, dentre outros. Apesar de possuírem as vantagens de uma constituição modular e escalável, esta classe de conversores são vulneráveis à faltas em seus submódulos, o que pode acarretar prejuízos de maquinário e desempenho. Por conta disso, o presente trabalho tem como propósito abordar a modelagem e controle de um conversor modular multinível em dupla estrela utilizando células meia ponte em condições plenas e sob faltas em 25%, 50% e 75% dos submódulos de cada fase. Visa-se, mediante estas condições, obter a máxima transferência de energia nos terminais de saída com o mínimo conteúdo harmônico nas formas de onda da corrente e tensão de linha ao se utilizar uma técnica de controle interno PI (Proporcional Integral) e o método de modulação SPWM (do inglês, Sinusoidal Pulse Width Modulation) com múltiplas portadoras, projetando-se assim um sistema standalone para média tensão. Também é elaborado nesta dissertação o dimensionamento deste conversor modular multinível baseando-se na capacidade de armazenamento de energia dos capacitores dos submódulos. São abordados dois métodos para a compensação de faltas nos submódulos do conversor modular multinível proposto. Um dos métodos de compensação se baseia na redistribuição de energia dos submódulos resilientes e o outro numa adaptação da técnica de deslocamento de neutro. O método para compensação de faltas baseado na redistribuição de energia dos submódulos resilientes restitui em 100% os efeitos das faltas no conversor em todas as condições propostas, tanto para as correntes quanto tensões de saída. O método para a compensação de faltas mediante deslocamento de neutro não surte efeito na compensação das faltas nas correntes e tensões de fase da carga, mas compensa em 100% os efeitos das faltas sob a tensão de linha quando estas ocorrem em até 50% do total de submódulos e restitui em 90% os efeitos da falta na tensão de linha quando estas ocorrem em 75% do total de submódulos. Simulações computacionais com especificações obtidas matematicamente foram realizadas na plataforma Matlab/Simulink para validação dos resultados.
dc.description.abstractotherModular multilevel converters have become popular in the industry in several applications such as flexible AC transmission systems, static synchronous compensators, motor control, among others. Despite of the advantages of a modular and scalable design, this class of converters are vulnerable to sub-modules faults, which can cause loss to machinery and performance. Due to this, the present work approaches the modeling and control of a modular multilevel converter using Half Bridge cells under full and faulty conditions of 25%, 50% and 75% of the submodules of each phase. In these conditions, the aim is to obtain the maximum energy transfer at the output terminals with the minimum harmonic content in the current and line voltage waveforms when using an internal PI control technique and the method of SPWM modulation (Sinusoidal Pulse Width Modulation) with multiple carriers, thus designing an isolated system for medium voltage. Two methods are addressed to compensate for faults in the submodules of the proposed multilevel modular converter. One of the compensation methods is based on the energy redistribution of the resilient submodules and the other one is based on an adaptation of the neutral shifting technique. The fault compensation method based on the energy redistribution of the resilient submodules restores 100% of the effects of the faults in the converter in all proposed conditions, both for currents and output voltages. The method for compensating faults using neutral shifting technique has no effect on compensating faults in the currents and phase voltages of the load, but it compensates 100% for the effects of faults under line voltage when they occur by up to 50% of the total of sub-modules and restores by 90% the effects of the line voltage fault when they occur in 75% of the total of sub-modules. Computational simulations with mathematically obtained specifications were performed on the Matlab/Simulink platform to validate the results.
dc.identifier.urihttps://repositorio.cefetmg.br/handle/123456789/368
dc.language.isopt
dc.publisherCentro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei
dc.publisher.countryBrasil
dc.publisher.initialsCEFET-MG / UFSJ
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
dc.subjectConversor modular multinível
dc.subjectCompensação de falta
dc.subjectCapacitores
dc.titleEstudo, modelagem e controle de um conversor modular multinível em dupla estrela com células meia ponte sob ação de faltas
dc.typeThesis
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