SOGI-PLL Aprimorado por Algoritmo de Fourier de um Ciclo

Fernando Lino; Bruna Neves de Andrade; Rogério Vani Jacomini; Alfeu Joãozinho Sguarezi Filho; Fabiano Fragoso Costa

doi:10.18618/REP.2021.1.0068

Authors

Fernando Lino Universidade Federal do ABC, Santo André–SP, Brasil
Bruna Neves de Andrade Universidade Federal da Bahia, Salvador–BA, Brasil
Rogério Vani Jacomini Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia de São Paulo, Hortolândia–SP, Brasil
Alfeu Joãozinho Sguarezi Filho Universidade Federal do ABC, Santo André–SP, Brasil
Fabiano Fragoso Costa Universidade Federal da Bahia, Salvador–BA, Brasil

DOI:

https://doi.org/10.18618/REP.2021.1.0068

Keywords:

MAF, OCF, Phase-Locked Loop, SOGIPLL

Abstract

Este artigo propõe um procedimento de filtragem linear para aprimorar o desempenho de um algoritmo de PLL (Phase-Locked-Loop), baseado na estrutura de um integrador generalizado de segunda ordem (SOGI), utilizando um filtro de Fourier de um ciclo (OCF) para filtrar as tensões ab estacionárias geradas diretamente pela estrutura do SOGI. Além disso, faz-se uma comparação entre o SOGI convencional e também com um filtro de média móvel (MAF), sendo que este filtro é aplicado nas tensões dq síncronas produzidas pela transformação alfa/beta para dq na saída da estrutura SOGI. As comparações são realizadas em bancada experimental com emprego de sinais afetados por diferentes distorções harmônicas e com tensões de afundamento semelhantes às obtidas em redes de energia sob condições de falhas. Os resultados das comparações mostram que as duas abordagens, OCF e MAF, melhoram a dinâmica do SOGIPLL convencional para rastrear mudanças abruptas de frequência. Embora a proposta com emprego do OCF apresente um desempenho superior em algumas situações, é também mostrado que as oscilações apresentadas na estimativa de frequência pelo SOGI-PLL para sinais harmonicamente distorcidos são extinguidas.

Downloads

Download data is not yet available.

Author Biographies

Fernando Lino, Universidade Federal do ABC, Santo André–SP, Brasil

recebeu o título de Engenheiro Eletricista e o grau de Mestre em 1982 e 2008, pela FEC/UNICAMP e PUC-Campinas, respectivamente. Trabalhou durante 35 anos na iniciativa privada como engenheiro de desenvolvimento de HW/SW e como gerente de suporte técnico em equipamentos de telecomunicações. Desde 2012 é professor do Instituto Federal de Educacão Ciência e Tecnologia de São Paulo (IFSP). Seus interesses de pesquisa são: geradores de indução alimentados duplamente, energia eólica e modelagem e Eletrôn. Potên., Fortaleza, v. 26, n. 1, p. 94-103, jan./mar. 2021 103 controle de sistemas.

Bruna Neves de Andrade, Universidade Federal da Bahia, Salvador–BA, Brasil

recebeu o título de Bacharel em Engenharia Elétrica e grau de Mestre em Engenharia Elétrica, ambos pela pela Universidade Federal da Bahia - UFBA. Participou do Programa de Iniciação Científica pelo Instituto Federal da Bahia. Atuou como estagiária na empresa RCONSULT ENGENHARIA ELÉTRICA. Prestou consultoria em projetos fotovoltaicos durante dois anos na Eco-Solis Energia. Atualmente, é professora dos cursos de Engenharia Elétrica, Civil, Mecânica, Produção e Gestão em Recursos Humanos da Faculdade Pitágoras de Vitória da Conquista - BA. Tem experiência na área de Engenharia Elétrica, com ênfase em Eletrotécnica.

Rogério Vani Jacomini, Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia de São Paulo, Hortolândia–SP, Brasil

recebeu o título de Engenheiro Eletricista pela UNISAL, e os graus de Mestre e Doutor pela FEEC/UNICAMP em 2004, 2008 e 2012, respectivamente. Trabalhou como pesquisador na UFABC de 2012 a 2013 pelo programa de pós-doutorado da UFABC. Atualmente é professor do Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia de São Paulo (IFSP). Seus interesses de pesquisa são: acionamentos de máquinas elétricas, gerador de indução com dupla alimentação, controle de potência, redes inteligentes de energia elétrica e energia eólica.

Alfeu Joãozinho Sguarezi Filho, Universidade Federal do ABC, Santo André–SP, Brasil

recebeu os graus de Mestre e Doutor pela UNICAMP, respectivamente em 2007 e 2010. É professor da Universidade Federal do ABC - UFABC, em Santo André, Brasil, lecionando nas áreas de Máquinas Elétricas, Eletrônica de Potência e Acionamentos Elétricos. Seus interesses de pesquisa são: acionamentos de máquinas, energia eólica e fotovoltaica, geradores de indução alimentados duplamente, controle de energia e sistemas de energia elétrica. É membro sênior do IEEE e da SOBRAEP.

Fabiano Fragoso Costa, Universidade Federal da Bahia, Salvador–BA, Brasil

recebeu o título de Engenheiro Eletricista, o grau de Mestre e o de Doutor em Engenharia Elétrica, respectivamente, pela Escola Politécnica da USP (1997), pela UFPB (2001) e pela UFCG (2005). Atualmente, é Professor Adjunto da Universidade Federal da Bahia junto ao Departamento de Engenharia Elétrica. Seus interesses de pesquisa se concentram nos tópicos de sincronização e controle em geraçã distribuída. Também possui interesses no desenvolvimento de técnicas de processamento digital de sinais aplicáveis ao processamento e monitoramento de energia da rede elétrica. Além disso, possui atuação em projetos de Pesquisa e Desenvolvimento junto a concessionárias do setor elétrico. É membro do IEEE e da SOBRAEP.

References

S. Sumathi, L. Kumar, P. Surekha,Solar PV and windenergy conversion systems, 1st ed., Springer, India,2015. https://doi.org/10.1007/978-3-319-14941-7_1 DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-14941-7

S. Li, Q. Guo, L. Xin, B. Cheng, K. Li, "Fuel-Saving Servo-Loop Control for an Adaptive CruiseControl System of Road Vehicles With Step-GearTransmission",EEE Trans Veh Technol, vol. 66, no. 3,pp. 2033-2043, March 2017. https://doi.org/10.1109/TVT.2016.2574740 DOI: https://doi.org/10.1109/TVT.2016.2574740

F. Marafao, S. Deckmann, J. Pomilio, R. Machado,"Metodologia de Projeto e Análise de Algoritmos deSincronismo PLL",Eletrônica de Potência, vol. 10,no. 1, June 2005. https://doi.org/10.18618/REP.2005.1.007014 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2005.1.007014

P. Lamo, F. Lopez, A. Pigazo, F. Azcondo, "AnEfficient FPGA Implementation of a QuadratureSignal-Generation Subsystem in SRF PLLs in Single-Phase PFCs",IEEE Trans Power Electron, vol. 32,no. 5, pp. 3959-3969, May 2017. https://doi.org/10.1109/TPEL.2016.2582534 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2016.2582534

L. Tong, X. Zou, S. Feng, Y. Chen, Y. Kang, Q. Huang,Y. Huang, "An SRF-PLL-Based Sensorless VectorControl Using the Predictive Deadbeat Algorithm for

the Direct-Driven Permanent Magnet SynchronousGenerator",IEEE Trans Power Electron, vol. 29, no. 6,pp. 2837-2849, June 2014. https://doi.org/10.1109/TPEL.2013.2272465 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2013.2272465

M. Karimi-Guartemani,Phase-LockedLoopStructures for Power and Energy Applications,1st ed., IEEE-Press-Wiley, April 2014. https://doi.org/10.1002/9781118795187 DOI: https://doi.org/10.1002/9781118795187

R. Teodorescu, M. Liserre, , P. Rodriguez,GridConverters for Photovoltaic and Wind Power Systems,3rd ed., IEEE-Press-Wiley, USA, 2011. https://doi.org/10.1002/9780470667057 DOI: https://doi.org/10.1002/9780470667057

S. Golestan, M. Ramezani, J. M. Guerrero, "DQ-frame cascaded delayed signal cancellation-basedPLL: Analysis, design, and comparison with movingaverage filter-based PLL",IEEE Trans Power Electron,vol. 30, no. 3, pp. 1618-1632, March 2015. https://doi.org/10.1109/TPEL.2014.2315872 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2014.2315872

M. Ciobotaru, R. Teodorescu, F. Blaabjerg, "A newsingle-phase PLL structure based on second ordergeneralized integrator",in IEEE 37th Power Electron.Spec. Conf., pp. 1511-1516, June 2006. https://doi.org/10.1109/pesc.2006.1711988 DOI: https://doi.org/10.1109/pesc.2006.1711988

F. Xiao, L. Dong, L. Li, X. Liao, "A Frequency-FixedSOGI-Based PLL for Single-Phase Grid-ConnectedConverters",IEEE Trans Power Electron, vol. 32,no. 3, pp. 1713-1719, March 2017. https://doi.org/10.1109/TPEL.2016.2606623 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2016.2606623

S. Golestan, J. Guerrero, A. Vidal, A. Yepes,J. Doval-Gandoy, "PLL With MAF-Based PrefilteringStage: Small-Signal Modeling and PerformanceEnhancement",IEEE Trans Power Electron, vol. 31,no. 6, pp. 4013-4019, June 2016. https://doi.org/10.1109/TPEL.2015.2508882 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2015.2508882

M. Xie, H. Wen, C. Zhu, Y. Yang, "DC OffsetRejection Improvement in Single-Phase SOGI-PLLAlgorithms: Methods Review and ExperimentalEvaluation",IEEE Access, pp. 12810-12819, June2017. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2017.2719721 DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2017.2719721

N. Hui, D. Wang, Y. Li, "A Novel Hybrid Filter-BasedPLL to Eliminate Effect of Input Harmonics and DCOffset",IEEE Access, April 2018. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2018.2821704 DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2018.2821704

S. Pranith, S. Kumar, B. Singh, T. S. Bhatti, "MAF-SOGI-PLL based Single-Phase Multimode PV-BatterySystem with Improved Power Quality",in IEEE8th IEEE India International Conference on PowerElectronics, May 2019. https://doi.org/10.1109/IICPE.2018.8709572 DOI: https://doi.org/10.1109/IICPE.2018.8709572

L. Kong, Z. Shi, G. Cai, C. Liu, C. Xiong,"Phase-Locked Strategy of Photovoltaic Connected toDistribution Network With High Proportion ElectricArc Furnace",IEEE Access, pp. 86012-86023, April2020. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.2989896 DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.2989896

S. Reza, M. Ciobotaru, V. G. Agelidis, "Trackingof time-varying grid voltage using DFT basedsecond order generalized integrator technique",inIEEE International Conference on Power SystemTechnology, October 2012. https://doi.org/10.1109/PowerCon.2012.6401432 DOI: https://doi.org/10.1109/PowerCon.2012.6401432

O. M. Arafa, "High Performance Single-Phase PLLwith Sliding Fourier Transform as a Phase Detector",in 6th International Conference on Advanced ControlCircuits and Systems, November 2019. https://doi.org/10.1109/ACCS-PEIT48329.2019.9062851 DOI: https://doi.org/10.1109/ACCS-PEIT48329.2019.9062851

O. B. Jr., A. F. Neto, L. Encarnacao, "Desenvolvimentode um phase-locked loop a partir de um combinadorlinear de Fourier",Eletrônica de Potência, vol. 22,no. 2, pp. 148-155, November 2016. https://doi.org/10.18618/REP.2017.2.2664 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2017.2.2664

F. Freijedo, J. Doval-Gandoy, O. Lopez, C. Martinez-Penalver, "New algorithm for grid synchronizationbased on Fourier series",in European Conference onPower Electronics and Applications, September 2007. https://doi.org/10.1109/EPE.2007.4417217 DOI: https://doi.org/10.1109/EPE.2007.4417217

H. Liu, Y. Sun, H. Hu, Y. Xing, "A new single-phasePLL based on discrete fourier transform",in IEEEApplied Power Electronics Conference and Exposition,March 2015. https://doi.org/10.1109/APEC.2015.7104399 DOI: https://doi.org/10.1109/APEC.2015.7104399

Y. Yang, K. Zhou, F. Blaabjerg, "Exploitation ofdigital filters to advance the single-phase T=4 delayPLL system",in IEEE 2nd Annual Sothern PowerElectronics Conference (SPEC), pp. 1-6, December2016. https://doi.org/10.1109/SPEC.2016.7846206 DOI: https://doi.org/10.1109/SPEC.2016.7846206

M. Saitou, N. Matsui, T. Shimizu, "A ControlStrategy of SinglePhase Active Filter Using aNovel d-q Transformation",in Proceedings of theIndustry Applications Conference 2003, pp. 1222-1227, October 2003.

S. Silva, B. Lopes, B. Filho, R. Campana,W. Bosventura, "Performance Evaluation of PLLAlgorithms for Single-Phase Grid-ConnectedSystems",in Proceedings of the Industry ApplicationsConference 2004, pp. 2259-2263, October 2004.

Y. Han, M. Luo, X. Zhao, J. M. Guerrero,L. Xu, "Comparative Performance Evaluation ofOrthogonal-Signal-Generators Based Single-PhasePLL AlgorithmsâA Survey",IEEE Trans PowerElectron, vol. 31, no. 5, pp. 3932-3943, May 2016. https://doi.org/10.1109/TPEL.2015.2466631 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2015.2466631

A. Bouknadel, N. Ikken, A. Haddou, N. Tariba,H. Omari, H. Omari, "A new SOGI-PLL methodbased on fuzzy logic for grid connected PV inverter",International Journal of Electrical and ComputerEngineering, vol. 9, no. 4, pp. 2264-2273, August2019. https://doi.org/10.11591/ijece.v9i4.pp2264-2273 DOI: https://doi.org/10.11591/ijece.v9i4.pp2264-2273

Z. Zhenga, M. Guoa, N. Yangc, T. Jin, "Single-phaseflexible arc suppression device based on BSC-SOGI-PLL method for distribution networks",ElectricalPower and Energy Systems, April 2020. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2020.106100 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2020.106100

P. Lamo, A. Pigazo, F. Azcondo, "Evaluation ofQuadrature Signal Generation Methods with ReducedComputational Resources for Grid Synchronization ofSingle-Phase Power Converters",MDPI Electronics,November 2020. https://doi.org/10.3390/electronics9122026 DOI: https://doi.org/10.3390/electronics9122026

B. Andrade, L. Silva, A. Sguarezi, F. Costa, "EnhancedSOGI-PLL by moving-average filter and one-cyclefourier algorithm",in IEEE 6th InternationalConference on Renewable Energy Research andApplications, November 2017.https://doi.org/10.1109/ICRERA.2017.8191212 DOI: https://doi.org/10.1109/ICRERA.2017.8191212