avultados. Vários estudos têm sido efetuados no que diz respeito aos custos de uma fraca QEE, verificando-se que esta depende de fatores como a gama de clientes vitimizados, as horas do dia a que os problemas ocorrem e também do problema de QEE em questão [29]. Assim sendo, soluções para a mitigação dos problemas de QEE têm vindo a ser grande alvo de investigação e desenvolvimento. O progresso da eletrónica de potência permitiu a implementação de soluções mais eficazes e versáteis que os tradicionais métodos de compensação inicialmente propostos [30].
Em relação à problemática dos harmónicos de corrente, a solução tradicional consistia na utilização de filtros passivos. No entanto, estes apresentam desvantagens, tais como o facto de serem sintonizados para filtrar uma única frequência, a sua operação estar limitada a uma carga específica e também a possibilidade da ocorrência de ressonâncias entre os filtros passivos e outras cargas ligadas ao sistema, resultando em consequências imprevisíveis [31].
Por outro lado, para a compensação de reativos, a solução pioneira passa pela utilização de bancos de condensadores. Estes apresentam vantagens como a simplicidade de implementação e manutenção, associadas a um baixo custo de construção. No entanto, a sua capacidade de compensação é limitada, uma vez que são dimensionados para a compensação de um determinado valor de potência reativa. Não obstante, podem
Filtro Ativo de Potência Paralelo Monofásico com Conversor CC-CC Bidirecional para Operação como UPS 13 Tiago José da Cunha Sousa - Universidade do Minho
provocar ressonâncias no sistema elétrico. Uma outra solução passa pela utilização de compensadores estáticos de reativos (Static VAr Compensators – SVCs). Estes podem compensar potência reativa tanto indutiva como capacitiva, dependendo do equipamento. Um exemplo de compensador de potência reativa indutiva é o condensador comutado a tirístores (Thyristor Switched Capacitor – TSC), permitindo injetar potência reativa capacitiva na rede. O equipamento análogo do TSC é o reator controlado a tirístores (Thyristor Controlled Reactor – TCR), injetando potência reativa indutiva de forma a anular a reativa capacitiva. Os SVCs permitem controlar o fluxo de potência reativa injetada na rede, adaptando-se às necessidades de compensação. No entanto, a sua operação pode produzir harmónicos. Para além disso, estes equipamentos estão limitados à compensação de potência reativa na fundamental e em regime permanente [32]–[34].
A compensação em simultâneo de harmónicos de corrente e de fator de potência pode ser atingida por intermédio de Filtros Ativos de Potência Monofásicos do tipo Paralelo. Para além da compensação simultânea dos problemas mencionados, esta é efetuada de forma dinâmica, ou seja, o equipamento não precisa de ser projetado para uma carga específica, reagindo a variações nas cargas ligadas à rede elétrica. Deste modo, um Filtro Ativo Paralelo (FAP) revela-se uma solução bastante mais vantajosa que os tradicionais equipamentos acima citados [31].
Não obstante, interrupções do fornecimento de energia podem ter consequências graves a nível económico, tratando-se do mais grave problema de QEE, uma vez que afeta todo o sistema elétrico [2]. Determinadas cargas são sensíveis a falhas de alimentação por mais curtas que estas se manifestem, pelo que necessitam de ser ininterruptamente alimentadas. Para além disso, não só o setor económico pode ser afetado por falhas de energia. Interrupções da tensão de alimentação em hospitais ou noutros locais associados ao suporte à vida podem revelar-se cruciais para a saúde humana [35]. Assim sendo, torna-se necessário recorrer a mecanismos de suporte independentes da rede elétrica. Como forma de providenciar energia perante falhas na rede, são utilizados geradores de emergência e fontes de alimentação ininterruptas (Uninterruptible Power Supply – UPS).
Motivações
A utilização de cargas não-lineares na rede elétrica constitui uma necessidade cada vez maior. Este tipo de cargas leva a uma degradação da QEE, uma vez que consome harmónicos de corrente, prejudicando o transporte e a distribuição de energia através de um aumento significativo das perdas nos condutores, podendo também originar
14 Filtro Ativo de Potência Paralelo Monofásico com Conversor CC-CC Bidirecional para Operação como UPS
Tiago José da Cunha Sousa - Universidade do Minho
problemas em sistemas de comunicação e levar a um mau funcionamento da maioria dos equipamentos ligados à rede.
A compensação de problemas de QEE é, geralmente, mais requisitada em ambientes industriais, onde a alimentação é trifásica. Nestes sistemas, eventuais quebras de produção podem traduzir-se em graves prejuízos. No entanto, o crescente aumento de utilização de cargas não-lineares em habitações, escritórios e empresas, ou seja, locais onde a alimentação é monofásica, justifica a utilização de equipamentos para compensação destes problemas em sistemas monofásicos.
Posto isto, uma solução viável para mitigar os harmónicos de corrente nestes sistemas consiste na utilização de Filtros Ativos de Potência Monofásicos do tipo Paralelo. Este tipo de equipamento permite compensar o fator de potência e os harmónicos de corrente de forma dinâmica, isto é, independentemente das cargas ligadas à rede, reagindo rapidamente a variações de carga que possam surgir, uma vez que o sistema de controlo do filtro efetua continuamente o cálculo das correntes de compensação. Para além disso, um FAP é um equipamento de fácil instalação, não requerendo um estudo prévio do local onde será implementado, e é também seguro para a rede, podendo ser desligado da mesma através de um contator e disjuntor em caso de problema no equipamento [36].
Contudo, os harmónicos de corrente e o fator de potência não são os únicos problemas que uma rede monofásica pode sofrer. Em determinados sistemas, há cargas que necessitam de alimentação ininterrupta, tais como controladores de processos industriais, computadores, equipamento médico e sistemas de comunicação de dados [37]. Uma UPS é um equipamento que permite o fornecimento de energia perante falhas na rede elétrica, impedindo que as cargas cessem o seu funcionamento. Existem várias topologias mas, genericamente, uma UPS é constituída por dispositivos armazenadores de energia e dispositivos responsáveis por armazenar e injetar essa mesma energia na rede.