Modulation and synchronization algorithms for FPGA driven indirect matrix converters

Abstract

Abstract : A vision shared by many experts is that future communities? residential and commercial developments will be self-sufficient with respect to energy production, including micro-generation units in electricity generation power sources. The interface between mechanical parts and electric quantities is often implemented through electrical generators which employ variable electrical frequency while aiming to increase the process efficiency. In this context, the insertion of such power sources requires an energy processing stage between generator and electrical grid, which adapts amplitude and frequency levels for alternating current (AC) quantities. This work aims to study a static power converter able to process directly the AC electric quantities between two distinct AC systems without an intermediary DC stage. The main advantages of such topologies are the increased efficiency of the energy conversion and reduction of weight and volume of the power converter, while maintaining the ability to drain and inject sinusoidal currents for both AC systems. This thesis proposes a study of how to operate these power converters, as well as static and dynamic characterization of such converters. A study on some of the algorithms necessary to perform the interface between both AC systems, as well as a review on how to design and implement these algorithms and experimental results obtained through a prototype are also presented, verifying the power converter operation.

Uma visão compartilhada por especialistas é de que no futuro, comunidades residenciais e comerciais serão autossuficientes com respeito à produção de energia elétrica, incluindo unidades de microgeração às fontes de geração de energia elétrica. A interface entre as partes mecânicas e elétricas normalmente é realizada através de geradores elétricos, que por sua vez podem possuir frequência variável enquanto buscam melhor eficiência do processo. Neste contexto, a inserção destas fontes de energia necessita de um estágio de processamento de energia entre gerador e rede elétrica, buscando adequar níveis de amplitude e frequência das grandezas de corrente alternada (CA). Este trabalho busca estudar um conversor estático capaz de processar as grandezas entre dois sistemas CA distintos sem um estágio CC intermediário. As vantagens destas topologias são o rendimento elevado do processo, bem como redução de peso e volume do conversor estático, mantendo a capacidade de drenar e injetar correntes com formato sinusoidal para ambos estágios CA. Esta dissertação propõe um estudo da operação destes conversores estáticos, bem como uma caracterização estática e dinâmica. Um estudo de algoritmos necessários para realizar esta interface, bem como uma revisão de como projetar e implementar estes algoritmos também é apresentada. Também são apresentados resultados experimentais obtidos através de um protótipo, verificando o funcionamento do conversor.