Contribuição à modelagem de pequenos sinais no espaço de estados para estruturas de controle hierárquico aplicadas ao paralelismo de UPS
| Ano de defesa: | 2020 |
|---|---|
| Autor(a) principal: | |
| Orientador(a): | |
| Banca de defesa: | |
| Tipo de documento: | Tese |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | por |
| Instituição de defesa: |
Universidade Federal de Santa Maria
Brasil UFSM Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica Centro de Tecnologia |
| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
|
| País: |
Não Informado pela instituição
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| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/36786 |
Resumo: | This work presents a detailed small-signal modeling for the connection of a generic number of double conversion UPSs operating in parallel through hierarchical control structures. These control systems are composed of different levels with distinct bandwidths. The fastest layer, called level 0, is composed of the internal voltage and current loops. Level 1, or primary control of parallelism, is based on the droop method. Finally, level 2, or secondary control, consists of loops for amplitude and frequency regulation, as well as equalization of the active and reactive powers processed among all connected inverters. The interaction between these control loops makes the analysis of the system a complex issue, and the definition of the controllers gains is often carried out empirically. In this context, in order to contribute to the analysis of hierarchical control structures, this work develops modeling methodologies capable of representing mathematically the dynamics of these systems, which can assist in the design of the controllers’ gains and in the analysis of the system stability. Although specific control structures are used, the proposed modeling can be applied to other configurations of hierarchical control systems. The small-signal modeling is developed in the state-space, and consists in the linearization of the equations that represent the dynamics of the system around an equilibrium point of operation. The performance of the control structures analyzed and the validation of the obtained models are performed through simulation results and also over hardware-in-the-loop results. In all cases analyzed, the accuracy of the mathematical models derived with the respective waveforms obtained is demonstrated. |
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Contribuição à modelagem de pequenos sinais no espaço de estados para estruturas de controle hierárquico aplicadas ao paralelismo de UPSContribution to the small-signal state-space modeling for hierarchical control structures applied to the parallelism of UPSControle hierárquicoEspaço de estadosFonte ininterrupta de energiaModelagem de pequenos sinaisHierarchical controlSmall-signal modelingSpace-stateUninterruptible power suppliesCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICAThis work presents a detailed small-signal modeling for the connection of a generic number of double conversion UPSs operating in parallel through hierarchical control structures. These control systems are composed of different levels with distinct bandwidths. The fastest layer, called level 0, is composed of the internal voltage and current loops. Level 1, or primary control of parallelism, is based on the droop method. Finally, level 2, or secondary control, consists of loops for amplitude and frequency regulation, as well as equalization of the active and reactive powers processed among all connected inverters. The interaction between these control loops makes the analysis of the system a complex issue, and the definition of the controllers gains is often carried out empirically. In this context, in order to contribute to the analysis of hierarchical control structures, this work develops modeling methodologies capable of representing mathematically the dynamics of these systems, which can assist in the design of the controllers’ gains and in the analysis of the system stability. Although specific control structures are used, the proposed modeling can be applied to other configurations of hierarchical control systems. The small-signal modeling is developed in the state-space, and consists in the linearization of the equations that represent the dynamics of the system around an equilibrium point of operation. The performance of the control structures analyzed and the validation of the obtained models are performed through simulation results and also over hardware-in-the-loop results. In all cases analyzed, the accuracy of the mathematical models derived with the respective waveforms obtained is demonstrated.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESEste trabalho apresenta de forma detalhada metodologias de modelagem de pequenos sinais no espaço de estados para a representação matemática de estruturas de controle hierárquico aplicadas ao paralelismo de UPSs de dupla conversão. Estes sistemas de controle são compostos por diferentes níveis e com bandas passantes distintas. A camada mais rápida, denominada nível 0, é composta por malhas internas de tensão e corrente. O nível 1, ou controle primário do paralelismo, é baseado no método droop. Por fim, o nível 2, ou controle secundário, é constituído por malhas de regulação de amplitude, frequência e equalização das potências ativas e reativas processadas pelos inversores conectados em paralelo. A interação entre estas malhas de controle torna a análise do sistema complexa, e frequentemente a definição dos ganhos dos controladores é realizada de forma empírica. Neste contexto, de forma a contribuir com a análise de estruturas de controle hierárquico, este trabalho desenvolve metodologias de modelagem capazes de representar matematicamente as dinâmicas destes sistemas, o que pode auxiliar no projeto dos ganhos dos controladores e na análise da estabilidade. Apesar de estruturas de controle específicas serem utilizadas, as metodologias propostas podem ser aplicadas a outras configurações de sistemas de controle hierárquico. A modelagem de pequenos sinais é desenvolvida no espaço de estados, e consiste na linearização das equações que representam as dinâmicas do sistema em torno de um ponto de equilíbrio. O desempenho das estruturas de controle analisadas e a validação dos modelos obtidos são realizados através de resultados de simulação e também por meio de resultados hardware-in-the-loop. Em todos os casos analisados, demonstram-se a boa correlação dos modelos matemáticos derivados com as respectivas formas de onda obtidas.Universidade Federal de Santa MariaBrasilUFSMPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaCentro de TecnologiaBisogno, Fábio Eckehttp://lattes.cnpq.br/6267716868501584Pinheiro, José RenesTahim, André Pires NóbregaSilva, Guilherme Sebastião daDupont, Fabricio HoffVenturini, William Alegranci2025-11-12T11:37:45Z2025-11-12T11:37:45Z2020-10-23info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/36786porAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2025-11-12T11:56:40Zoai:repositorio.ufsm.br:1/36786Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/PUBhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.com||manancial@ufsm.bropendoar:2025-11-12T11:56:40Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false |
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This work presents a detailed small-signal modeling for the connection of a generic number of double conversion UPSs operating in parallel through hierarchical control structures. These control systems are composed of different levels with distinct bandwidths. The fastest layer, called level 0, is composed of the internal voltage and current loops. Level 1, or primary control of parallelism, is based on the droop method. Finally, level 2, or secondary control, consists of loops for amplitude and frequency regulation, as well as equalization of the active and reactive powers processed among all connected inverters. The interaction between these control loops makes the analysis of the system a complex issue, and the definition of the controllers gains is often carried out empirically. In this context, in order to contribute to the analysis of hierarchical control structures, this work develops modeling methodologies capable of representing mathematically the dynamics of these systems, which can assist in the design of the controllers’ gains and in the analysis of the system stability. Although specific control structures are used, the proposed modeling can be applied to other configurations of hierarchical control systems. The small-signal modeling is developed in the state-space, and consists in the linearization of the equations that represent the dynamics of the system around an equilibrium point of operation. The performance of the control structures analyzed and the validation of the obtained models are performed through simulation results and also over hardware-in-the-loop results. In all cases analyzed, the accuracy of the mathematical models derived with the respective waveforms obtained is demonstrated. |
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