SOGI-PLL aprimorado por algoritmo de Fourier de um ciclo e controle de estados finitos

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

doi:10.18618/REP.2022.2.0045

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
Claudionor Francisco do Nascimento Universidade Federal de São Carlos, São Carlos–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.2022.2.0045

Keywords:

Filtro de Fourier de Um Ciclo, Modelo de Controle Preditivo, PLL, referencial dq, referencial-αβ, SOGI-PLL

Abstract

Este trabalho apresenta um método para estimar o ângulo de fase da tensão da rede baseado em um conjunto finito de ângulos - na condição de problemas de qualidade da energia elétrica em sistemas de distribuição de baixa tensão, como afundamentos de tensão simétricos e assimétricos, desequilíbrios, distorções harmônicas e variações de frequência - para sistemas monofásicos. O método é composto pelo filtro de Fourier de um ciclo (OCF) em conjunto com a técnica de posições finitas (FPS), e é chamado de PLL (Phase-Locked Loop) com Filtro de Fourier de Um Ciclo com Controle de Estados Finitos (OCF-FPS-PLL). O OCF-FPS-PLL usa um procedimento de decomposição do vetor de tensão síncrono no quadro αβ estacionário da estrutura SOGI. O desempenho deste procedimento é aprimorado por meio do filtro de Fourier de um ciclo (OCF). A tensão extraída desse filtro é então tratada por um algoritmo que é implementado por um conjunto de posições finitas (FPS) para estimar o ângulo de fase. Além disso, a estrutura SOGI utilizando o PLL no quadro de referência síncrono (SRF-PLL), a estrutura SOGI utilizando o filtro de média móvel (MAF) e a estrutura SOGI usando o filtro de Fourier de um ciclo (OCF), ambos também utilizando o PLL no quadro de referência síncrono, são comparadas. Os resultados obtidos em uma bancada experimental validam o método proposto. A principal contribuição deste trabalho é a não utilização de controladores Proporcional+Integral (PI) por PLLs para estimar o ângulo de fase da rede.

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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 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 pelo Centro Salesiano Universitário de São Paulo - UNISAL, e os graus de Mestre e Doutor pela Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação da Universidade Estadual de Campinas - 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.

Claudionor Francisco do Nascimento, Universidade Federal de São Carlos, São Carlos–SP, Brasil

Possui Graduação em Engenharia Elétrica pela Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho - UNESP, Mestrado em Engenharia Elétrica pela Universidade de São Paulo - USP e Doutorado em Engenharia Elétrica pela Universidade de São Paulo - USP. Atualmente é Professor Associado do Departamento de Engenharia Elétrica (DEE/CCET) da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar). Tem experiência na área de Engenharia Elétrica com ênfase em eletrônica de potência. Atua principalmente nos seguintes temas: filtros ativos de potência, sistemas inteligentes, redes neurais artificiais, qualidade da energia elétrica, harmônicos em sistemas elétricos de potência e conexão de fontes alternativas em sistemas de potência. É assessor da FAPESP. É membro do IEEE e da SOBRAEP.

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 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 geração 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

B. B. Purkayastha, K. K. Sarma,A Digital PhaseLocked Loop based Signal and Symbol RecoverySystem for Wireless Channels, 1ª ed., Springer, India,2015. https://doi.org/10.1007/978-81-322-2041-1 DOI: https://doi.org/10.1007/978-81-322-2041-1_5

N. F. Jamaludin, A. F. Abidin, "Phase-Locked Loop (PLL) controller for Distribution Synchronous static compensator (D-STATCOM) to mitigate voltage flicker",in IEEE 7th International Power Engineering and Optimization Conference (PEOCO), Junho 2013. https://doi.org/10.1109/PEOCO.2013.6564568 DOI: https://doi.org/10.1109/PEOCO.2013.6564568

C. A. Arbugeri, N. C. D. Pont, T. K. Jappe, S. A.Mussa, T. B. Lazzarin, "Control system for multi-inverter parallel operation in uninterruptible powersystems",SOBRAEP-Eletrônica de Potência, vol. 24,no. 1, pp. 37-46, Março 2019. https://doi.org/10.18618/REP.2019.1.0016 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2019.1.0016

S. Agrawal, Y. K. Nagar, D. K. Palwalia, "Analysis andimplementation of shunt active power filter based onsynchronizing enhanced PLL",in InternationalConferenceonInformation,Communication,Instrumentation and Control (ICICIC), Agosto2017. https://doi.org/10.1109/ICOMICON.2017.8279152 DOI: https://doi.org/10.1109/ICOMICON.2017.8279152

P. Lamo, F. Lopez, A. Pigazo, F. J. Azcondo,"An Efficient FPGA Implementation of a Quadrature Signal-Generation Subsystem in SRF PLLs in Single-Phase PFCs",IEEE Trans Power Electron, vol. 32,no. 5, pp. 3959-3969, Maio 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 Vector Control Using the Predictive Deadbeat Algorithm for the Direct-Driven Permanent Magnet Synchronous Generator",IEEE Trans Power Electron, vol. 29, no. 6,pp. 2837-2849, Junho 2014. https://doi.org/10.1109/TPEL.2013.2272465 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2013.2272465

M. Karimi-Guartemani,Phase-Locked Loop Structures for Power and Energy Applications, 1ªed., IEEE-Press-Wiley, Abril 2014. https://doi.org/10.1002/9781118795187 DOI: https://doi.org/10.1002/9781118795187

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

S. Chung, "A phase tracking system for three phaseutility interface inverters",IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 15, no. 3, pp. 431-438, Maio2000. https://doi.org/10.1109/63.844502 DOI: https://doi.org/10.1109/63.844502

S. Golestan, M. Ramezani, J. M. Guerrero,M. Monfared, "DQ-frame cascaded delayed signal cancellation-based PLL: Analysis, design, and comparison with moving average filter-based PLL",IEEE Trans Power Electron, vol. 30, no. 3, pp.1618-1632, Março 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 order generalized integrator",in IEEE 37th Power Electron.Spec. Conf., pp. 1511-1516, Junho 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-Fixed SOGI-Based PLL for Single-Phase Grid-Connected Converters",IEEE Trans Power Electron, vol. 32,no. 3, pp. 1713-1719, Março 2017. https://doi.org/10.1109/TPEL.2016.2606623 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2016.2606623

M. Xie, H. Wen, C. Zhu, Y. Yang, "DC Offset Rejection Improvement in Single-Phase SOGI-PLL Algorithms: Methods Review and Experimental Evaluation",IEEE Access, pp. 12810-12819, Junho2017. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2017.2719721 DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2017.2719721

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, Outubro-Novembro 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, Novembro 2019. https://doi.org/10.1109/ACCS-PEIT48329.2019.9062851 DOI: https://doi.org/10.1109/ACCS-PEIT48329.2019.9062851

O. Barros, A. Frizera, L. F. Encarnacao,"Desenvolvimento de um phase-locked loop apartir de um combinador linear de Fourier",Eletrônicade Potência, vol. 22, no. 2, pp. 148-155, Novembro2016. https://doi.org/10.18618/REP.2017.2.2664 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2017.2.2664

F. D. Freijedo, J. Doval-Gandoy, O. Lopez,C. Martinez-Penalver, "New algorithm for grid synchronization based on Fourier series",in European Conference on Power Electronics and Applications,Setembro 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-phase PLL based on discrete fourier transform",in IEEEApplied Power Electronics Conference and Exposition,Março 2015. https://doi.org/10.1109/APEC.2015.7104399 DOI: https://doi.org/10.1109/APEC.2015.7104399

F. Lino, B. N. Andrade, R. V. Jacomini, A. J.Sguarezi, F. Costa, "SOGI-PLL APRIMORADO PORALGORITMO DE FOURIER DE UM CICLO",SOBRAEP-Eletrônica de Potência, vol. 26, no. 1, pp.94-103, Março 2021. https://doi.org/10.18618/REP.2021.1.0068 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2021.1.0068

B. N. Andrade, L. H. S. Silva, A. J. Sguarezi,F. F. Costa, "Enhanced SOGI-PLL by moving-average filter and one-cycle fourier algorithm",in IEEE6th International Conference on Renewable Energy Research and Applications, Novembro 2017. https://doi.org/10.1109/ICRERA.2017.8191212 DOI: https://doi.org/10.1109/ICRERA.2017.8191212

L. H. S. Silva,PLL Baseado em Estimador de Sequência Positiva Adaptável à Variação de Frequência da Rede, Tese de Doutorado, Universidade Federal da Bahia, Bahia, Brasil, 2019.

L. H. S. Silva, A. J. Sguarezi, D. A. Fernandes,F. F. Costa, A. J. M. Cardoso, "A robust phase-lockedloop against fundamental frequency deviations andharmonic distortions",ELSEVIER - Electric PowerSystems Research, vol. 163, pp. 338-347, Outubro2018. https://doi.org/10.1016/j.epsr.2018.07.013 DOI: https://doi.org/10.1016/j.epsr.2018.07.013

L. H. S. Silva, R. B. A. Cunha, A. J. Sguarezi, J. A. T.Altuna, D. A. Fernandes, F. F. Costa, "EXTRAÇÃODE COMPONENTES DE SEQUÊNCIA POSITIVABASEADA EM MÍNIMOS QUADRADOSAPLICADA À SINCRONIZAÇÃO EM GERAÇÃODISTRIBUÍDA",SOBRAEP-Eletrônica de Potência,vol. 21, no. 4, pp. 255-265, Dezembro 2016. https://doi.org/10.18618/REP.2016.4.2583 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2016.4.2583

M. Abdelrahem, C. M. Hackl, R. Kennel, "FinitePosition Set-Phase Locked Loop for Sensorless Control of Direct-Driven Permanent-Magnet Synchronous Generators",IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 33, no. 4, pp. 3097-3105,Abril 2018. https://doi.org/10.1109/TPEL.2017.2705245 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2017.2705245

Y. Yang, K. Zhou, F. Blaabjerg, "Exploitation ofdigital filters to advance the single-phase T=4 delayPLL system",in IEEE 2nd Annual Sothern Power Electronics Conference (SPEC), pp. 1-6, Dezembro2016. 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 a Novel d-q Transformation",in Proceedings of the Industry Applications Conference 2003, pp. 1222-1227, Outubro 2003.

S. M. Silva, B. M. Lopes, B. J. C. Filho, R. P.Campana, W. C. Bosventura, "Performance Evaluation of PLL Algorithms for Single-Phase Grid-Connected Systems",in Proceedings of the Industry Applications Conference 2004, pp. 2259-2263, Outubro 2004.

Y. Han, M. Luo, X. Zhao, J. M. Guerrero,L. Xu, "Comparative Performance Evaluation of Orthogonal-Signal-Generators Based Single-PhasePLL Algorithms-A Survey",IEEE Trans Power Electron, vol. 31, no. 5, pp. 3932-3943, Maio 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. E.Omari, "A new SOGI-PLL method based on fuzzy logic for grid connected PV inverter",International Journal of Electrical and Computer Engineering,vol. 9, no. 4, pp. 2264-2273, Agosto 2019. https://doi.org/10.11591/ijece.v9i4.pp2264-2273 DOI: https://doi.org/10.11591/ijece.v9i4.pp2264-2273

Z. Zheng, M. Guo, N. Yang, T. Jin, "Single-phase flexible arc suppression device based on BSC-SOGI-PLL method for distribution networks",ElectricalPower and Energy Systems, Abril 2020. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2020.106100 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2020.106100

F. Lino, J. Assis, D. A. Fernandes, R. V. Jacomini,F. F. Costa, A. J. Sguarezi, "One-Cycle Fourier Finite Position Set PLL",MDPI-Energies, vol. 14, no. 7,Março 2021. https://doi.org/10.3390/en14071824 DOI: https://doi.org/10.3390/en14071824