Måling av variabler

O Condicionador Universal de Qualidade de Energia com topologia invertida estudado em Fernandes (2008), Franc¸a (2012), Santos (2012), ´e um compensador est´atico s´erie paralelo projetado para realizar tanto a compensac¸˜ao dos dist´urbios de tens˜ao provenientes do sistema, evitando que estes afetem uma carga sens´ıvel, quanto a compensac¸˜ao das correntes produzi- das por cargas n˜ao lineares, evitando que estas introduzam problemas de qualidade de energia no sistema el´etrico, como distorc¸˜oes harmˆonicas, flutuac¸˜oes de tens˜ao e alterac¸˜ao do fator de potˆencia.

As principais func¸˜oes do i-UPQC s˜ao: compensac¸˜ao de harmˆonicos e desbalanc¸os de tens˜ao e corrente, correc¸˜ao de fator de potˆencia, compensac¸˜ao de flutuac¸˜ao de tens˜ao, regulac¸˜ao de tens˜ao e compensac¸˜ao de Variac¸˜oes de Tens˜ao de Curta Durac¸˜ao - VTCD (FERNANDES, 2008). Como desvantagem do i-UPQC tem-se o fato de ser uma tecnologia pouco consolidada, pois ´e uma t´ecnologia nova, pouco encontrada na literatura e sem implementac¸˜ao real fora do laborat´orio.

Apesar de ser poss´ıvel a compensac¸˜ao de desbalanc¸os e distorc¸˜oes hamˆonicas de cor- rentes com o i-UPQC, no presente trabalho esta aplicac¸˜ao n˜ao ´e o foco, pois, aqui, o objetivo principal i-UPQC ´e melhorar a dinˆamica de conex˜ao de aerogeradores de velocidade fixa com a rede el´etrica, ou seja, o i-UPQC deve manter a corrente do estator livre das componentes harmˆonicas e desbalanc¸os presentes na corrente da carga, mas n˜ao precisa, necessariamente compens´a-las.

O funcionamento do i-UPQC ´e baseado no UPQC. A Figura 3.1 mostra o compensa- dor est´atico s´erie paralelo, UPQC, com sua configurac¸˜ao t´ıpica, a partir da combinac¸˜ao de um conversor fonte de tens˜ao s´erie e outro conversor fonte de corrente paralelo.

Figura 3.1: Condicionador Universal de Qualidade de Energia ideal.

Fonte de Alimentação

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cs

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UPQC PCC _Carga s

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l

v

s

v

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s

v

cp

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l

v

Condicionador Série Condicionador Paralelo cs

v

cp

i

Fonte: Pr´oprio autor.

A modelagem mais comum para o UPQC ´e realizada considerando o funcionamento dos filtros ativos s´erie e paralelo de forma independente, ou seja, o filtro ativo s´erie ´e modelado como uma fonte de tens˜ao controlada e o filtro ativo paralelo como uma fonte de corrente controlada. Desta forma, o objetivo do filtro ativo s´erie ´e sintetizar tens˜oes que, somadas com as tens˜oes da fonte, resultem em uma tens˜ao senoidal, livre dos componentes indesejados de tens˜oes na carga. J´a o filtro ativo paralelo objetiva injetar, no barramento onde encontra-se conectado, os componentes de corrente tais que somados com a corrente da carga drene da fonte uma corrente senoidal livre de distorc¸˜oes e desbalanc¸os. Ou seja, o conversor paralelo deve gerar os componentes de sequˆencia negativa e os harmˆonicos de corrente da carga, por´em com sinal contr´ario a estas.

A principal diferenc¸a entre o i-UPQC e o UPQC ´e a invers˜ao das vari´aveis a serem sintetizadas pelos condicionadores s´erie e paralelo. No i-UPQC, o condicionador s´erie deve sintetizar corrente senoidal ao inv´es de tens˜oes. O mesmo acontece para o condicionador para- lelo, que deve sintetizar tens˜ao senoidal ao inv´es de correntes.

Fernandes (2008) nomeou o equipamento de UPQCi, indicando a modelagem invertida dos condicionadores s´erie e paralelo, intitulando assim ”UPQC-invertido” e, mais tarde, Franc¸a (2012) denominou-o de i-UPQC, devido `a maior facilidade de pron´uncia em relac¸˜ao `a UPQC-i. Na literatura tamb´em se encontra o termo UPQC Dual (SANTOS, 2012).

De acordo com Franc¸a (2012), as equac¸˜oes (3.1) e (3.2) descrevem o princ´ıpio de compensac¸˜ao do UPQC.

vl= vs+ vcs, (3.1)

e

is= icp+ il, (3.2)

onde, vl ´e a tens˜ao na carga, vs ´e a tens˜ao na fonte, vcs ´e a tens˜ao no conversor s´erie, is ´e a

corrente da fonte, icp ´e a corrente no conversor paralelo e il ´e a corrente da carga.

A maior vantagem do i-UPQC frente ao UPQC ´e que, uma vez que o primeiro sintetiza apenas formas de ondas de tens˜ao e corrente puramente senoidais, o i-UPQC n˜ao injeta tens˜oes e correntes harmˆonicas na rede, assim, n˜ao h´a comprometimento, tanto no projeto quanto na operac¸˜ao do equipamento, em ter que processar e reproduzir componentes harmˆonicos para a adequada compensac¸˜ao. Isto diminui o trabalho do processador e otimiza a resposta dinˆamica do equipamento (FRANC¸ A, 2012).

3.1.1 Modelo Ideal do i-UPQC

Para entender melhor o funcionamento do i-UPQC, pode-se pens´a-lo composto por duas fontes senoidais ideais, conforme a Figura 3.2, sendo o compensador s´erie uma fonte de corrente senoidal ideal e o compensador paralelo uma fonte de tens˜ao senoidal ideal.

tamb´em de acordo com Franc¸a (2012), as equac¸˜oes (3.3) e (3.4) descrevem o princ´ıpio de compensac¸˜ao do i-UPQC.

vl= vcp= vs+ vcs, (3.3)

e

is= ics= icp+ il, (3.4)

onde, vcp ´e a tens˜ao do conversor paralelo e ics ´e a corrente do conversor s´erie.

Figura 3.2: Condicionador Universal de Qualidade de Energia invertido ideal. Fonte de Alimentação

s

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cs

v

i-UPQC PCC _Carga s

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l

v

s

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s

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cp

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l

v

Condicionador Série Condicionador Paralelo cs

i

cp

v

Fonte: Pr´oprio autor.

componentes harmˆonicas, ent˜ao a tens˜ao vs em func¸˜ao do tempo pode ser escrita como:

vabc_s (t) = vabc_s+1(t) + vabc_s−1(t) +

∞

∑

h=2

vabc_sh (t). (3.5)

Na equac¸˜ao (3.5), a tens˜ao trif´asica da fonte, vabc_s (t), ´e decomposta em: componente fundamental de sequˆencia positiva, vabc_s

+1(t), componente fundamental de sequˆencia negativa,

vabc_s

−1(t), e somat´orio das componentes harmˆonicas de ordem h, v

abc sh (t).

Como o condicionador paralelo ´e visto como uma fonte de tens˜ao senoidal ideal, o conversor paralelo fornece tens˜oes bem definidas nos seus terminais, independentemente da corrente consumida pela carga (FERNANDES, 2008). Assim, o conversor paralelo obriga que a tens˜ao sobre a carga (que ´e sua pr´opria tens˜ao) seja senoidal, independente da corrente que circula pelo conversor, portanto, a corrente do conversor paralelo ´e determinada pelo circuito no qual este est´a inserido.

As tens˜oes a serem entregues pelo conversor paralelo devem estar em conformidade com os requisitos de qualidade de energia para atendimento das cargas, ou seja, com os dist´urbios de tens˜ao dentro dos limites estipulados para o n´ıvel de tens˜ao do sistema ao qual o i-UPQC est´a conectado (FRANC¸ A, 2012). Desta forma, o controle do condicionador paralelo deve forne-

cer como referˆencia a tens˜ao vabc_s+1(t), que ser´a sintetizada pelo conversor paralelo e que tamb´em ser´a a tens˜ao sobre a carga. Aplicando-se a segunda Lei de Kirchhoff, conclui-se que as parcelas vabc_s

−1(t) e v

abc

sh (t) est˜ao, naturalmente, sobre os terminais do conversor s´erie.

Da mesma forma, suponha que a carga requer uma corrente trif´asica desequilibrada e com conte´udo harmˆonico, a corrente il pode ser escrita como:

iabc_l (t) = iabc_l+1(t) + iabc_l−1(t) +

∞

∑

h=2

iabc_lh (t). (3.6)

Na equac¸˜ao (3.6), iabc_l (t) ´e a corrente trif´asica da carga, iabc

l+1(t) ´e a componente fun-

damental de sequˆencia positiva da corrente da carga, iabc_l

−1(t) ´e a componente fundamental de

sequˆencia negativa da corrente da carga e iabc_l

h (t) ´e a componente harmˆonica, de ordem h, da

corrente da carga.

Como o condicionador s´erie ´e uma fonte de corrente senoidal ideal, o conversor s´erie imp˜oe uma corrente senoidal a si e deixa a cargo deste a definic¸˜ao das tens˜oes em seus terminais (FERNANDES, 2008). Assim, o conversor s´erie obriga que a corrente da fonte (que ´e igual `a sua pr´opria corrente) seja senoidal e a tens˜ao em seus terminais fica dependente apenas do circuito no qual o i-UPQC est´a inserido.

A corrente sintetizada pelo conversor s´erie ´e a mesma que circula no barramento da fonte de alimentac¸˜ao e deve estar em conformidade com os requisitos de Qualidade de Ener- gia El´etrica - QEE para dist´urbios de corrente, ou seja, livre de conte´udo harmˆonico elevado e ainda com regulac¸˜ao do fator de potˆencia (FRANC¸ A, 2012). A partir da modelagem do filtro ativo s´erie como uma fonte de corrente senoidal, ´e poss´ıvel fazer com que a sua cor- rente, denominada iabc_s (t), seja igual `a parcela ativa do componente iabc_l+1(t) da corrente da carga. Desta forma, as parcelas iabc_l

−1(t) e i

abc

lh (t) ”procuraram” outro caminho de circulac¸˜ao com menor

impeˆancia, podendo este caminho ser atrav´es do conversor fonte de tens˜ao, ou n˜ao, dependendo da configurac¸˜ao do sistema.

Resumindo, uma vez que a tens˜ao nos terminais do conversor s´erie ´e imposta pelo sistema, n˜ao h´a diferenc¸a se essa tens˜ao ´e ou n˜ao desbalanceada e/ou livre de harmˆonicos. Assim, os desbalanc¸os e as componentes harmˆonicas filtradas da tens˜ao da fonte ficam sobre esse conversor, de forma que a tens˜ao sobre a carga fique senoidal, livre de dist´urbios. De forma an´aloga, como a corrente que circula no conversor paralelo depende apenas do sistema ao qual o conversor est´a inserido, tamb´em n˜ao h´a diferenc¸a se essa corrente ´e, ou n˜ao, desbalanceada e/ou livre de harmˆonicos. Assim, as correntes harmˆonicas, desequilibradas e com ˆangulo de fase diferente de zero produzidas pela carga s˜ao escoadas por outra parte do circuito com menor impedˆancia de circulac¸˜ao, de forma que a corrente da fonte fique senoidal livre de dist´urbios.

e as perturbac¸˜oes de tens˜ao presentes no conversor s´erie n˜ao s˜ao controladas, mas s˜ao indire- tamente compensadas e naturalmente absorvidas pelos respectivos conversores, de acordo com as Leis de Kirchhoff.

In document Sammenhengen mellom motivasjon, investeringsatferd og velvære (sider 39-42)