Application of normal baselines rules

O controle digital possui vantagens que justificam o seu uso em relação ao controle analógico, como a versatilidade, a simplicidade de implementação computacional e a menor sensibilidade a ruídos e variações ambientais [81], sendo dessa forma adotado neste trabalho. Neste tipo de controle quanto maior for a frequência de amostragem, menores são os efeitos indesejáveis.

A frequência de amostragem utilizada é de 36 kHz, sendo limitada principalmente pe- lo tempo de processamento das leis de controle dos compensadores e demais rotinas apresen- tadas no Capítulo 7. Os conversores do segundo estágio do conversor também comutam nessa frequência, logo se torna necessário o uso de filtros anti-alising.

O aliasing é um fenômeno que ocorre quando frequências acima da frequência de amostragem são adquiridas pelo conversor A/D, o que faz com que os sinais de alta frequên- cia sejam tratados pelo processor como se fosse um sinal de menor frequência. Evita-se esse

111 fenômeno através do uso de um filtro passa-baixas sintonizado abaixo da frequência de amos- tragem em todos os sinais amostrados pelo processador digital. A frequência de corte do filtro deve ser da ordem da metade da frequência de amostragem, ou seja, 18 kHz.

4.5.1. Projeto dos controladores digitais

O projeto de um controlador digital consiste em encontrar os coeficientes da equação a diferenças que representa o compensador digital. Existem inúmeras formas de se projetar um controlador digital, a forma utilizada foi o projeto aproximado no domínio s. Neste método após a conclusão do projeto do compensador no domínio Ss deve ser utilizado algum método de discretização para obter a função de transferência e os seus coeficientes no domínio z. Nes- ta técnica são inseridas não idealidades do controle discreto na função de transferência de malha aberta do sistema, como:

 A função de transferência do retentor de ordem zero;  Os ganhos internos no processo de amostragem do DSP;  A função de transferência do filtro de anti-aliasing;  O atraso de cálculo;

 Uma função de transferência para ajuste da frequência, para corrigir uma distorção que

surge entre os planos Z e S.

Como apresentado nos itens anteriores, no projeto dos controladores no domínio S fo- ram inseridas as funções de transferências de filtros de anti-aliasing e o atraso de transporte referente a um ciclo de amostragem.

4.5.2 Discretização

O compensador no domínio z foi obtido com a função “c2d” do software Matlab. O efeito do retentor de ordem zero foi incorporado através do uso dessa função. O método de discretização utilizado foi o método Tustin, também conhecido de Bilinear ou Trapezoidal. Uma característica muito atrativa desse método é a preservação das propriedades de ganho e de fase do controlador para frequências menores que um décimo da frequência de amostragem [81]. No Apêndice B estão apresentados os compensadores discretizados.

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4.6 Conclusões do capítulo

Neste Capítulo foi abordada a dedução e implementação dos modelos matemáticos uti- lizados no projeto dos controladores. A modelagem do primeiro estágio do conversor consta- tou que a dinâmica do barramento c.c. deve ser considerada no modelo devido a não lineari- dade do modo retificador.

Além disso, o projeto da malha de tensão e da malha de corrente podem ser realizadas separadamente, através do desacoplamento das malhas. Dessa forma não é necessário o co- nhecimento da dinâmica completa do sistema. Somente é necessário o conhecimento da res- posta em alta frequência para o projeto da malha de corrente, e a resposta em baixa frequência para o projeto da malha externa de tensão.

Foram considerados quatro modelos para a malha de corrente do primeiro estágio do

conversor, sendo o modelo ‘b’ utilizado no projeto de compensadores. Essa consideração so-

mente é possível através do uso de técnicas passivas para o amortecimento da ressonância formada pelo filtro LCL de conexão com a rede.

A malha de tensão do primeiro estágio foi modelada através do balanço de potências entre os lados c.c. e c.a. do conversor. Essa análise é razoável devido ao fato de que essa ma- lha é lenta. O segundo estágio é modelado como um conversor equivalente, sendo considera- do uma carga de potência constante.

A modelagem do segundo estágio do conversor é realizada para a operação no modo buck (modo retificador) e para o modo boost (modo inversor). A função de transferência é extraída do modelo de pequenos sinais dos conversores, sendo a mesma para ambos os modos de operação.

Após a modelagem foi apresentada a estratégia de controle. O desafio no aspecto de controle do conversor NPC é a flutuação da tensão no ponto de conexão com o neutro, que em certas condições, pode flutuar ou deslocar continuamente para níveis não aceitáveis. A estra- tégia de equalização das tensões nos capacitores do barramento utilizada baseia-se na injeção de segunda harmônica de corrente superposta a fundamental. A amplitude da segunda harmô- nica injetada foi limitada pela recomendação IEEE 1547. Além disso, no primeiro estágio do conversor, também foi controlada a corrente injetada ou absorvida pela rede elétrica. A variá- vel de controle do segundo estágio foi a tensão da nanorrede.

113 A estrutura de controle do conversor é composta por malhas e controladores indepen- dentes entre os dois estágios do conversor, pois os desafios do ponto de vista de controle são distintos. No 2º estágio, o desafio do controle está no elevado ripple do barramento c.c. inter- mediário.

A comunicação do conversor com demais possíveis conversores da nanorrede é feita via uma técnica de sinalização de barramento, para isso foi inserido um controle por droop na malha de tensão do segundo estágio do conversor. O droop foi projetado para uma tensão nominal de 280 V da nanorrede, com faixa de operação entre 260 V e 300 V.

Enfim, foram apresentados alguns aspectos do controle digital, onde o projeto de con- troladores digitais é realizado através do projeto aproximado no domínio s. Os controladores utilizados foram discretizados pelo método Tustin.

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Capítulo 5

Sincronização com a rede elétrica e ilha-

mento

5.1 Introdução

O ângulo de fase da rede elétrica é uma informação crítica para a operação de disposi- tivos que absorvem e injetam energia na rede. A estimativa da frequência e do ângulo de fase normalmente é utilizada para o controle e para a geração de sinais de um sistema conectado a rede. Entretanto, também pode ser empregado em sistemas de proteção, como por exemplo, na detecção de quando o conversor deve entrar em modo ilhado. Este Capítulo introduz a es- trutura de uma malha de captura de fase ou Phase Locked Loop (PLL) e o ilhamento em sis- temas conectados à rede elétrica, e apresenta uma estrutura de PLL que também é utilizada para a detecção de eventos de ilhamento.