Diagnóstico de Avarias e Tolerância a Falhas em Filtros Activos de Potência de 3 e 4 Fios, Baseados na Topologia Multinível NPC

Abstract

Nos últimos anos, o mundo tem assistido a um grande desenvolvimento tecnológico marcado sobretudo pela proliferação de sistemas informáticos e de accionamentos eléctricos. No entanto, a utilização massiva deste tipo de cargas, ditas não-lineares, acarreta grandes problemas no que toca à qualidade da energia eléctrica, criando uma elevada poluição harmónica. Na tentativa de minimizar estes efeitos nocivos surgiram os filtros activos de potência, tradicionalmente compostos por um conversor de 2 níveis. Porém, devido aos recentes desenvolvimentos nas topologias multinível, estas começaram a integrar os sistemas de filtragem, conferindo-lhes um melhor desempenho. Contudo, uma vez que é usado um maior número de semicondutores, a probabilidade de ocorrência de uma falha de circuito aberto ou de curto-circuito num deles aumenta consideravelmente. Deste modo, surge a necessidade de desenvolver estratégias que permitam identificar estas avarias e actuar imediatamente de forma a que o sistema possa permanecer em funcionamento. No seguimento desta problemática, na presente dissertação irão ser propostos métodos de diagnóstico e de tolerância a falhas para filtros activos de potência paralelos de 3 e 4 fios, baseados num conversor NPC de 3 níveis. A validade das técnicas apresentadas irá ser comprovada através de simulações computacionais e de ensaios experimentais.

In the past few years, the world has witnessed a great technological development, where the computer systems and the electric drives play an important role. However, the massive widespread of this so called non-linear loads brings many problems regarding the electric power quality, creating a high harmonic pollution. In order to mitigate this harmful effect, the active power filters have appeared, traditionally composed by a 2 level converter. Nevertheless, due to recent development of multilevel topologies, they are becoming to integrate these filtering systems, improving their performance. However, since it is needed a greater number of switching devices, the probability of an open circuit or a short-circuit failure in one of them is significantly higher. Thus, it is important to develop strategies to identify these faults and act immediately in order to keep the system operational. Then, in this dissertation will be proposed fault diagnosis and fault tolerance methods for 3 and 4 wire shunt active power filters, based on a 3 level NPC converter. The effectiveness of these techniques will be demonstrated by simulation and experimental results.