7. Discussion
7.1. Discussion of the results and research question
alimentação
Como forma de avaliar o desempenho de conversores CA-CC devido aos seus potenciais para aplicações em microrredes, algumas topologias que utilizam a energia elétrica fornecida pela rede CA de alimentação para promover a regulação de tensão em barramentos CC são apresentadas nesta seção. As principais características que serão avaliadas são a capacidade de promover a mitigação do conteúdo harmônico das correntes drenadas por esses conversores e a regulação da tensão no barramento CC diante de distúrbios tanto da rede CA como da rede de distribuição em CC.
A estrutura retificadora apresentada na Fig. 2.3 e proposta por [11] demonstra um sistema CA-CC para suprir cargas sensíveis e não lineares como computadores e ar- condicionados através da associação em cascata de um conversor elevador a seis chaves do tipo VSC (Voltage Source Converter) e um conversor CC-CC do tipo Buck. O objetivo desta estrutura é realizar uma interface entre a rede CA de alimentação e um barramento CC utilizado em microrredes e sistemas em corrente contínua que alimentam cargas CC sensíveis, de maneira a mantê-las online durante transitórios e distúrbios da rede. Desta forma é possível a integração de fontes alternativas de energia e sistemas de armazenamento de energia para dar suporte a este barramento, eliminando-se assim a utilização de fontes alimentação ininterrupta (em inglês, UPS - Uninterruptible Power Supply) e a dependência total da rede CA para suprir essas cargas. Essa estrutura retificadora apresenta as características de imposição de correntes com baixo conteúdo harmônico e a regulação de tensão diante de distúrbios como afundamentos de tensão e oscilações de tensão provocados pelas intermitências da microgeração.
Fig. 2.3 – Conversor CA-CC composto pela associação em cascata de um conversor do tipo VSC e um conversor CC-CC do tipo Buck [11].
Capítulo 2 – Estado da Arte e Proposta de Trabalho
37 Os autores de [29] apresentam a comparação entre duas topologias de conversores CA-CC trifásicos projetados para uma potência de 6 kW, um composto pela associação em série de um conversor trifásico do tipo Buck a três chaves com um conversor CC-CC do tipo Boost, e o outro composto pela associação em série de um conversor trifásico do tipo Boost na configuração Vienna com um conversor CC-CC do tipo Buck, conforme evidenciado pela Fig. 2.4. Ambas as topologias apresentam as características de imposição de correntes de linha de entrada com baixa distorção harmônica e regulação da tensão no barramento CC em uma faixa de tensão que vai desde 200 V até 600 V para tensões trifásicas de alimentação com ampla faixa de frequências, além de apresentarem alto rendimento e elevada densidade de potência, o que torna essas topologias promissoras para aplicações em redes de distribuição em CC.
(a)
(b)
Fig. 2.4 – Conversores CA-CC propostos por [29]: (a) Associação Buck+Boost e (b) associação Boost+Buck.
A Fig. 2.5 ilustra uma arquitetura de retificador de dois estágios proposta por [30], projetada para uma potência de 2 kW e composta por um retificador trifásico do tipo Buck integrado a um conversor Full-Bridge ZVS com isolação galvânica que promove redução do ripple de corrente no indutor que interliga as duas estruturas. Esta estrutura apresenta o potencial para aplicações em redes de distribuição em CC voltadas para a área de
Capítulo 2 – Estado da Arte e Proposta de Trabalho
38 telecomunicações, sendo capaz de promover a operação do circuito com fator de potência em torno de 0,95 e a imposição de correntes de linha de entrada com distorção harmônica na ordem dos 3%, além de proporcionar a regulação da tensão no barramento CC e um rendimento na casa dos 92%.
Fig. 2.5 – Conversor CA-CC composto por um retificador trifásico do tipo Buck integrado a um conversor Full-Bridge ZVS com isolação galvânica [30].
Os autores de [31] propõem um conversor multicélulas CA-CC isolado para atuar como um módulo de alimentação para dispositivos de telecomunicações através de um design compacto e de alta eficiência. A abordagem é baseada no conceito de conversores CA-CC conectados em série pela entrada e cascateados com conversores CC-CC conectados em paralelo pela saída, conforme demonstrado na Fig. 2.6. Essa estrutura garante rendimento na ordem dos 98% e uma elevada densidade de potência, além de promover a correção de fator de potência e a regulação da tensão no barramento CC em 48 V.
Fig. 2.6 – Conversor multicélulas CA-CC proposto por [31].
Para finalizar esta análise de conversores CA-CC com potencial para aplicações em microrredes, a Fig. 2.7 ilustra uma estrutura baseada na associação de dois conversores Boost para correção do fator de potência e conversão do sistema de três fases para um sistema de duas fases. Cada conversor Boost é responsável por um estágio de
Capítulo 2 – Estado da Arte e Proposta de Trabalho
39 correção do fator de potência e, para assegurar a independência destes dois conversores, utiliza-se o controle do tipo EPS (Electronic Phase Shifter) [32]. As grandes vantagens desta estrutura são a possibilidade da operação com ampla faixa de tensões de entrada, elevada densidade de potência, correntes com reduzida distorção harmônica, elevado fator de potência e regulação de tensão no barramento CC para aplicações com tensões na ordem de 48 V.
Fig. 2.7 – Conversor CA-CC composto pela associação de dois conversores Boost [32].