MODELO DE RESUMO EXPANDIDO - SITEC2012 - Semana do ...

Semana do Instituto de Tecnologia da UFPA 2011 33UTILIZAÇÃO DE FILTROS ATIVOS TRIFASICOS EM SISTEMAS COMCARGAS NÃO LINEARES DESEQUILIBRADASJoel Filipe Guerreiro, Rogério De Souza e Silva, Maria Emília De Lima TostesResumoNesse trabalho Filtros Ativos Trifásicos de Potência (FAPs) são utilizados para reduziro nível de distorção harmônica de redes em condições não usuais. Apesar da diversidadede configurações e algoritmos de controle já existentes, o funcionamento desta técnicade filtragem possui severas restrições de operação. Mesmo teoricamente balanceadas, ascargas trifásicas não lineares em geral absorvem correntes desequilibradas, nãoobstante, a frequência de operação da rede elétrica pode variar, e causar acúmulo deerro. Para solucionar essa gama de problemas, neste trabalho será proposto um novoalgoritmo de controle e uma nova topologia de FAPs capaz de mitigar harmônicos decorrente, corrigir fator de potência e reduzir o desequilíbrio de cargas com dinâmicadesconhecida.Palavras-chave: Cargas Não Lineares Desequilibradas, Distorção Harmônica, FiltrosAtivos, Qualidade da Energia Elétrica.IntroduçãoCom os avanços tecnológicos dos últimos anos, principalmente nas áreas de eletrônica depotência, o aparecimento de cargas não lineares absorvendo correntes não senoidais, torna-seum grande problema para o sistema brasileiro de distribuição de energia elétrica. Como exemplode cargas não lineares importantes no setor industrial, podemos citar: lâmpadas fluorescentes,fontes chaveadas, fornos elétricos, HVDC (Sistemas de Alta Tensão DC), inversores de correntee tensão, dispositivos PWM, dentre outros. O alto grau de distorção harmônica que os sistemaselétricos experimentam, estão diretamente ligados a uma extensa lista de problemas que afetamconsideravelmente certos sistemas industriais com maior grau de complexidade e sensibilidade.O problema da poluição harmônica torna-se portando um dos mais importantes no contexto daqualidade da energia. Quando presentes em altos índices, harmônicos de corrente e tensão deuma única carga interagem com as fontes de energia poluindo todo o sistema levando aofuncionamento impróprio de todas as demais cargas.Os sistemas de filtragem mais comuns utilizam filtros passivos em série ou paralelo, bem comodispositivos eletromagnéticos para mitigar harmônicos.Com o passar dos anos, a distorção residual que essas técnicas não conseguem eliminar passou ainterferir em equipamentos eletrônicos, e paralelamente novos definições dos limites mínimosde qualidade da energia explicitam a necessidade de dispositivos mais eficazes.Estudos recentes mostram a utilização de filtros ativos como uma eficiente técnica adaptativa demitigação harmônica, também eficiente para regular a tensão, amortecer oscilações e regular atransferência de potência, portanto diversas topologias foram idealizadas.Nesse trabalho foi desenvolvida uma estratégia que torna possível reduzir eficazmente a taxa dedistorção harmônica de uma rede caso as cargas sejam não lineares, bem como corrigir o fatorde potência caso as cargas sejam indutivas não lineares e ainda equilibrar o sistema caso ascargas possuam componentes de sequência negativa e zero. No final do trabalho, será discutidocomo o desequilíbrio da corrente pode prejudicar o funcionamento próprio do sistema defiltragem ativa, e como corrigi-lo.

Semana do Instituto de Tecnologia da UFPA 2011 34Materiais e MétodosPara o desenvolvimento deste trabalho foram estudados os filtros ativos, suas topologias,estratégias de controle e métodos de extração de harmônicos mais comuns. Do ponto de vistaeconômico o FAP paralelo mostrou-se mais interessante por ser dotado da capacidade decorrigir um número maior de desvios de QEE, bem como devido à facilidade de implementação.Todos os esforços foram concentrados ao estudo desta topologia, o que possibilitou odesenvolvimento de um simulador de sistemas de potência munido de um sistema de filtragemativa realizado em ambiente MATLAB/SIMULINK.Resultados e DiscussãoO Filtro Ativo de Potência munido de sua estrutura de controle pode assegurar a quasetotalidade das funcionalidades demandadas, que são a mitigação dos harmônicos de corrente,correção do desequilíbrio e fator de potência da carga. É importante ressaltar o sistema defiltragem proposto promove indiretamente o amortecimento de oscilações e controle dosintercâmbios de potência.A estrutura de controle é capaz de seguir as referências de corrente mesmo em presença deperturbações e variações na impedância da carga (método adaptativo). O controle à estruturavariável e seus modos deslizantes associados é o mais recomendado às finalidades em questãodevido às suas características de robustez que são notadamente mais importantes para ossistemas dinâmicos.A nível de simulação, diversas características foram previstas para aproximar às condições reaisde operação, como atrasos devido aquisição de grandezas e tempo de processamento,saturações,a digitalização do controlador para o controle da freqüência e impedâncias nas fontes e cargas.Mesmo dimensionando estes parâmetros à nível critico o sistema pode responder comoesperado.Por razões de dimensionamento e praticidade o funcionamento do FAP sem neutro foi estudado.A estratégia de controle utilizada foi o comando por modos deslizantes, de posse dos comandosequivalentes, e do modelo vetorial do inversor de tensão, foi possível deduzir as condições deconvergência dos modos deslizantes para definir a tabela verdade dos vetores de campo (ordensde comando do inversor) para que o sistema alcance a superfície deslizante associada. Foi aindapossível definir o modelo grandes sinais do inversor, que possibilita a realização de umcontrolador para o controle da resposta transitória da tensão do ramo DC.O Filtro Ativo Hibrido sem neutro foi testado para funcionamento em regime desequilibrado.Como o controle desta estrutura não é baseado no comando independente de cada um dos trêsbraços do inversor, limita sua utilização à redes elétricas perfeitas.Posteriormente, um modelo contendo dois ramos foi proposto, visando a compensação decomponentes simétricas, assim a topologia de inversor de tensão foi alterada para o tipo Backto-Backcom neutro. O sistema se mostrou estável e com performance superior ao do sistemaclássico previamente estudado, o que caracteriza a melhora do desempenho e do universo deaplicações dos FAPs.ConclusãoNeste trabalho foi estudado o funcionamento de dois sistemas de filtragem ativa. O primeiro,um Filtro Ativo Hibrido sem neutro foi testado para funcionamento em regime desequilibrado.Como o controle desta estrutura não é baseado no comando independente de cada um dos trêsbraços do inversor, devido à utilização da transformada de park na detecção das harmônicas, asordens de comando de cada braço serão defasadas do outro de π/3 radianos elétricos o que limitasua utilização a redes elétricas perfeitas.Uma nova topologia de filtragem ativa é proposta visando a eliminação do problema doequilíbrio, desvio de qualidade tão comum nas cargas atuais. O modelo mostrou-se estável erobusto, ainda apresentando desempenho melhor em determinados aspectos comparando com ametodologia anteriormente proposta. Aumentamos assim o desempenho e o universo deaplicações dos FAPs.

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