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https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/35516
Tipo: | Dissertação |
Título: | Inversor híbrido de cinco níveis : controle preditivo e uso de dispositivos de silício e carbeto de silício |
Autor(es): | Leite, Sócrates Ferreira |
Primeiro Orientador: | Silva, Edison Roberto Cabral da |
Primeiro Coorientador: | Melo, Victor Felipe Moura Bezerra |
Resumo: | Com o avanço da transição energética global, os inversores multiníveis desempenham um papel essencial na conversão e no controle de energia elétrica. Desde sua concepção na década de 1970, esses inversores evoluíram significativamente, passando das configurações tradicionais de dois níveis para topologias mais avançadas, como as de três e cinco níveis, com pesquisas contínuas em busca de arquiteturas ainda mais sofisticadas. Graças à sua capacidade de melhorar a qualidade da forma de onda, reduzir o estresse nos semicondutores e aumentar a eficiência energética, os inversores multiníveis têm sido amplamente aplicados em sistemas de geração renovável e mobilidade elétrica. Neste contexto, este estudo apresenta um inversor de cinco níveis que combina características do inversor com capacitor flutuante e do tipo ponto neutro grampeado. Essa topologia híbrida tem como objetivo reduzir o número de componentes, além de minimizar o volume do inversor em comparação com topologias convencionais de dois níveis ou as topologias clássicas multinível. O estudo inclui uma análise detalhada dos modos de operação do inversor, como também seu funcionamento para fatores de potência unitário e não unitário. O controle preditivo é aplicado para controlar a corrente de saída e regular a tensão no capacitor flutuante. A modulação senoidal também é aplicada para fins de comparação com o controle preditivo. Simulações são apresentadas para analisar o princípio de operação do inversor híbrido de cinco níveis como também a utilização da estratégia de controle preditivo utilizada, além da comparação dos semicondutores utilizados no inversor, incluindo dispositivos convencionais de silício (Si) e dispositivos de carbeto de silício (SiC). Resultados experimentais são aplicados para validar o princípio de operação do inversor com controle preditivo, demonstrando a capacidade do sistema em controlar a corrente e a tensão do capacitor flutuante com alta precisão. |
Abstract: | With the advancement of the global energy transition, multilevel inverters play a crucial role in power conversion and control. Since their inception in the 1970s, these inverters have evolved significantly, transitioning from traditional two-level configurations to more advanced topologies, such as three-level and five-level structures, with ongoing research aimed at developing even more sophisticated architectures. Due to their ability to improve waveform quality, reduce semiconductor stress, and enhance energy efficiency, multilevel inverters have been widely adopted in renewable energy generation systems and electric mobility applications. In this context, this study presents a five-level inverter that combines characteristics of floating capacitor and neutral-point clamped inverters. This hybrid topology aims to reduce the number of components while minimizing the inverter volume compared to conventional two-level and classical multilevel topologies. The study includes a detailed analysis of the inverter’s operating modes, as well as its performance under both unity and non-unity power factor conditions. Predictive control is applied to regulate the output current and stabilize the voltage across the floating capacitor. Additionally, sinusoidal modulation is implemented as an alternative control strategy to enable a comparative evaluation with predictive control. Simulations are conducted to analyze both the operational principle of the five-level hybrid inverter and the effectiveness of the predictive control strategy. Furthermore, the study examines the impact of different semiconductor technologies used in the inverter, including conventional silicon (Si) devices and silicon carbide (SiC) devices. Experimental results validate the inverter’s operation under predictive control, demonstrating the system’s ability to precisely regulate both the output current and the floating capacitor voltage. |
Palavras-chave: | Inversor multinível Modulação PWM Controle preditivo Capacitor flutuante Ponto neutro grampeado Controle de corrente Multilevel Inverter PWM Modulation Predictive Control Floating Capacitor Neutral Point Clamped Current Control |
CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Editor: | Universidade Federal da Paraíba |
Sigla da Instituição: | UFPB |
Departamento: | Engenharia Elétrica |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica |
Tipo de Acesso: | Acesso aberto Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil |
URI: | http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/ |
URI: | https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/35516 |
Data do documento: | 28-Fev-2025 |
Aparece nas coleções: | Centro de Energias Alternativas e Renováveis (CEAR) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica |
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Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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