CHAPTER IV – Legal measures for resolving the adverse effects on baselines and
3 Proposals developed by international law
A malha de tensão diferencial do primeiro estágio do conversor tem a função de equa- lizar as tensões nos capacitores do barramento intermediário. A tolerância de componentes e a
102 variação da carga na nanorrede são elementos que podem levar a tensão nos capacitores a divergir, desse modo a ausência de um controle sobre a diferença da tensão nos capacitores pode levar o barramento intermediário ao colapso.
O item 4.3.1 apresentou uma revisão de estratégias utilizadas pela literatura para o ba- lanceamento da tensão no barramento do NPC. A estratégia mais adequada para a aplicação, descrita em [77], é baseada na injeção de componentes harmônicas pares superpostas a fun- damental, ou na modulação do ângulo de fase de referência da corrente fundamental.
A análise de sensibilidade conduzida em [77] conclui que as componentes harmônicas pares de baixa ordem defasadas 90° em relação a fundamental proporcionam o efeito mais significativo na equalização das tensões nos capacitores. As harmônicas ímpares não propor- cionam balanceamento de potência entre os capacitores. Portanto, será utilizada a injeção de segunda harmônica na corrente para o balanceamento das tensões nos capacitores.
O desbalanceamento de tensão pode ser controlado pela variação da amplitude ou fase, ou ambas, da componente harmônica par da corrente injetada. A injeção de harmônicos de corrente na rede deve respeitar limitações de normas e padrões para EMC, entretanto essas normas são menos restritas quando comparado com as restrições de injeção de componente c.c..
A norma de EMC utilizada como referência é a IEC EN 61000-3-2. Esta norma refere- se às limitações de corrente injetadas na rede elétrica. Aplica-se a equipamentos elétricos e eletrônicos com corrente de entrada de até 16 A por fase, conectado a uma rede pública de baixa tensão alternada, de 50 ou 60 Hz, com tensão fase-neutro entre 220 e 240 V [78]. De acordo com a classificação para equipamentos dessa norma, o conversor apresentado é um equipamento pertencente à classe A.
Conforme a Tabela 4.2, que aborda os limites para harmônicas de corrente em equi- pamentos pertencentes à classe A, a corrente máxima de segunda harmônica será de 1,08 A. Conforme [78], para tensões menores que as referidas pela norma pode-se usar a expressão em (4.42) para encontrar novos limites. Com essa correção o valor máximo para a corrente de segunda harmônica será de 1,96 A.
103 Tabela 4.2 – Limites para harmônicas de corrente conforme IEC EN 61000-3-2.
Ordem harmônica (n) Corrente máxima (A) Harmônicas ímpares 3 2,3 Harmônicas pares (4.42)
Outra referência é a recomendação para práticas e requisitos para o controle de harmô- nicas no sistema elétrico de potência, IEEE 519 [78]. Os mesmos valores de [44] são conside- rados na IEEE 1547 [58] que trata de recomendações para interconexão de fontes distribuídas com sistemas elétricos de potência. A IEEE 1547 limita a injeção de corrente c.c. em 0,5% da corrente nominal do conversor. Os limites de harmônicos de corrente são os apresentados na Tabela 4.3. Conforme essa tabela o valor máximo para a segunda harmônica de corrente é de 1% da corrente nominal do conversor, ou seja, 111 mA. Portanto, como esta referência apre- senta maior restrição para a injeção de segundo harmônico de corrente na rede elétrica, este valor será considerado como o limite de injeção de segundo harmônico.
Tabela 4.3 – Máxima distorção harmônica de corrente em porcentagem de corrente.
Ordem harmô-
nica (h) ...
Distorção de demanda total (TDD)
% 4,0 2,0 1,5 ... 5
Harmônicas pares são limitadas em 25% do limite para harmônicas ímpares.
A Figura 4.17 mostra o esquema de controle da malha de tensão diferencial. O ângulo
104 frequência da rede. A amplitude desse sinal depende da diferença entre a tensão nos capacito- res. PI2 N sin ∑ x
-V
cc/2
+V
cc/2
V
ref*
θ
2 sin ∑ PI2 ∑ x ∑I
ref*
+ V
cc/2
- V
cc/2
+
+
+
+
+
-
+
-
Malha de tensão
Malha de tensão diferencial
+
+
Figura 4.17 - Malha de tensão diferencial.
A diferença da tensão nos capacitores do barramento intermediário passa por um filtro de segunda ordem com frequência de corte em 10 Hz, e após por um controlador PI tipo II projetado da mesma maneira que o controlador PI tipo II da malha de tensão do primeiro es- tágio do conversor, descrito no item 4.3.3.2. A amplitude desse sinal é limitada em regime permanente pela referência IEEE 1547 para a injeção de segundo harmônico de corrente na rede elétrica.
Após ser obtida a fase e a amplitude do segundo harmônico, esse sinal é adicionado ao sinal produzido pela malha de tensão do primeiro estágio do conversor. O sinal resultante é a referência da malha de corrente do primeiro estágio do conversor.
A ação da malha de tensão diferencial pode ser verificada na Figura 4.18. O conversor está operando no modo inversor, ou seja, injeta na rede elétrica uma corrente em fase com a tensão da rede. A diferença do valor médio tensão nos capacitores é negativa, Figura 4.18-a, ou seja, o valor médio de é maior que . Na Figura 4.18-b é apresenta a corren- te fundamental de referência para a malha de corrente do primeiro estágio do conversor, , a componente de segunda harmônica, , e a corrente de referência para a malha de corrente do primeiro estágio do conversor, , a qual é a soma de e .
105 Figura 4.18 – Ação da malha de tensão diferencial, a) tensão nos capacitores do barramento
intermediário, b) referência de corrente, .
O controle deve atuar de modo que o capacitor de descarregue um pouco mais e o capacitor de carregue na mesma proporção a cada ciclo da rede, equilibrando a tensão em ambos. Nota-se também que durante parte do semi-ciclo positivo da tensão da rede elétrica o capacitor de descarrega (transfere sua energia para a rede), enquanto que o capacitor carrega (absorve a energia de alguma fonte presente na nanorrede). Assim, a fase da segunda harmônica gerada determina qual capacitor irá carregar e qual irá descarregar. No caso apresentado a segunda harmônica deverá estar defasada de 180° em relação a corrente da fundamental, de modo que a referência de corrente aumente ligeiramente após 90°, descarregando um pouco mais o capacitor de , pois o conversor passa a transferir maior energia nesse semi-ciclo. De modo análogo, no semi-ciclo negativo, o capacitor de
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