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Apesar dos trabalhos encontrados sobre o i-UPQC apresentarem sempre a mesma alocac¸˜ao dos conversores (conversor paralelo operando entre o conversor s´erie e o PCC) (FER- NANDES, 2008;FRANC¸ A, 2012;SANTOS, 2012;FRANCA; AREDES, 2011;SANTOS; MEZAROBA; CUNHA, 2011; MODESTO et al., 2015; SANTOS; CUNHA; MEZAROBA, 2014; FRANCA; SILVA; AREDES, 2011; FRANCA et al., 2015; MODESTO; SILVA; J ´UNIOR, 2015; AREDES; FERNANDES,

2009b, 2009a), existem duas poss´ıveis configurac¸˜oes de conex˜ao do dispositivo ao sistema el´etrico. Se tomarmos como referˆencia o conversor paralelo, na primeira configurac¸˜ao, este pode ser instalado entre o conversor s´erie e a barra de conex˜ao com a rede (PCC) ou, na se- gunda configrac¸˜ao, conectado entre o aerogerador e o conversor s´erie.

A Figura 3.3, mostra as duas configurac¸˜oes poss´ıveis de operac¸˜ao do i-UPQC. A configurac¸˜ao do i-UPQC com o conversor paralelo conectado entre o conversor s´erie e o PCC est´a representada na Figura 3.3(a) e ´e a que foi encontrada na literatura. Na segunda confi- gurac¸˜ao proposta neste trabalho o conversor paralelo encontra-se conectado entre o aerogerador e o conversor s´erie. Esta configurac¸˜ao n˜ao foi encontrada nas literaturas pesquisadas e est´a representada a Figura 3.3(b)

Figura 3.3: Configurac¸˜oes poss´ıveis para o i-UPQC.

Fonte de Alimentação s i i_l cs v i-UPQC PCC s i l v s v il i s v cp i l v Condicionador Série Condicionador Paralelo cs i cp v

(a) Conversor paralelo conectado ao PCC.

Fonte de Alimentação s i i_l cs v i-UPQC PCC s i l v s v il i s v cp i l v Condicionador Série Condicionador Paralelo cs i cp v

(b) Conversor paralelo conectado `a fonte.

3.2.1 Modelo Real do i-UPQC

O modelo real do i-UPQC ´e composto basicamente de dois conversores est´aticos ba- seados em IGBT (do inglˆes, InsulatedGateBipolarTransistors), acoplados atrav´es de um ca- pacitor no elo CC na configurac¸˜ao back-to-back. O controle do chaveamento normalmente se d´a atrav´es de t´ecnicas de modulac¸˜ao PWM e, portanto, ´e comum o uso de filtros passivos de potˆencia nas sa´ıdas de corrente alternada, para eliminac¸˜ao dos harmˆonicos impostos pela frequˆencia de chaveamento dos inversores.

O arranjo f´ısico t´ıpico do i-UPQC trif´asico ´e mostrado na Figura 3.4. Observe que o acoplamento do conversor s´erie com o sistema se d´a atrav´es de transformadores monof´asicos. J´a o condicionador paralelo pode (ou n˜ao) fazer uso de transformador para se conectar ao bar- ramento da carga, sem que sua funcionalidade e sua operac¸˜ao sejam afetadas, permitindo que a tens˜ao nos terminais do conversor seja diferente da tens˜ao do sistema (no barramento da carga) (FRANC¸ A, 2012).

Figura 3.4: Condicionador Universal de Qualidade de Energia invertido real.

Fonte: Pr´oprio autor.

A energia acumulada no capacitor pode ser quantizada conforme a equac¸˜ao: Ec(t) =

1 2·C ·V

2

c, (3.7)

onde, C ´e o valor da capacitˆancia e Vca tens˜ao do elo CC.

O valor da capacitˆancia e a tens˜ao de referˆencia do elo CC, assim como a indutˆancia de comutac¸˜ao, influenciam na resposta dinˆamica do compensador e devem ser projetados para ga-

rantir os indicadores de QEE para as configurac¸˜oes do sistema el´etrico e da carga. Quando esses parˆametros s˜ao configurados de forma inadequada, podem causar a perda da controlabilidade ou prejudicar a efic´acia da compensac¸˜ao (FRANC¸ A, 2012).

Uma vantagem desse tipo de configurac¸˜ao ´e a possibilidade de obter fluxo de potˆencia ativa em ambos os sentidos, o que garante uma maior flexibilidade de operac¸˜ao no controle da tens˜ao do elo CC (FRANC¸ A, 2012). Os filtros ativos presentes no i-UPQC n˜ao operam de forma independente, pois o filtro ativo paralelo utiliza o barramento CC controlado pelo filtro ativo s´erie e este, por sua vez, depende da estrutura do filtro ativo paralelo para transferir energia ao barramento CC (SANTOS, 2012).

A corrente imposta pelo conversor s´erie ´e senoidal, isto significa que este conversor representa um caminho de alta impedˆancia para os harmˆonicos presentes na corrente da carga (SANTOS, 2012).

Na configurac¸˜ao em que o conversor paralelo est´a conectado entre o conversor s´erie e o PCC, os harmˆonicos presentes na corrente da carga s˜ao obrigados a circular atrav´es do conversor paralelo, pois o mesmo ´e um caminho de baixa impedˆancia para as correntes harmˆonicas, mas isto n˜ao representa uma regra. Al´em do conte´udo harmˆonico, atrav´es do conversor paralelo pode circular uma corrente de mesma frequˆencia da componente fundamental da corrente da carga, basta a corrente da carga apresentar um ˆangulo de carga diferente de 0. Sendo assim, a potˆencia reativa da carga pode ser fornecida pelo filtro ativo paralelo, dependendo da estrat´egia de operac¸˜ao aplicada.

Informac¸˜oes sobre dimensionamento dos conversores e estrat´egias de controle empre- gadas s˜ao tratadas no pr´oximo cap´ıtulo.

3.3 Conclus˜ao

Neste cap´ıtulo foi apresentado o i-UPQC, juntamente com suas func¸˜oes principais. Explicou-se o princ´ıpio de funcionamento do dispositivo FACTS com base no UPQC. Al´em disto, as equac¸˜oes que regem a dinˆamica funcional do i-UPQC foram abordadas e explicadas.

A maior vantagem do i-UPQC frente ao seu antecessor ´e a n˜ao necessidade de pro- cessar e reproduzir sinais com distorc¸˜oes harmˆonicas e/ou desbalanc¸os. Assim, as correntes de compensac¸˜ao que circulam pelo conversor paralelo e as perturbac¸˜oes de tens˜ao presentes no conversor s´erie n˜ao s˜ao uma resposta gerada pelo controle, ou seja, estes sinais s˜ao indireta- mente compensados e naturalmente absorvidos pelos respectivos conversores.

O i-UPQC pode ser usado em v´arias aplicac¸˜oes no sistema de energia, como com- pensac¸˜ao de harmˆonicos e desbalanc¸os de tens˜ao, 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.

Foram apresentadas as duas configurac¸˜oes poss´ıveis de conex˜ao do i-UPQC ao sis- tema. Sendo a primeira com o conversor paralelo conectado entre o conversor s´erie e o PCC, e a segunda com o conversor paralelo conectado entre o aerogerador e o conversor s´erie.

No modelo ideal, o i-UPQC pode ser representado por fontes controladas senoidais de corrente e de tens˜ao. Entretanto, sua implementac¸˜ao real se d´a com o uso de conversores est´aticos baseados em IGBT, acoplados atrav´es de um elo capacitivo comum.

4 I-UPQC E O AEROGERADOR DE VELOCIDADE FIXA

No segundo cap´ıtulo, foram abordadas as principais caracter´ısticas do gerador de in- duc¸˜ao gaiola de esquilo e concluiu-se que a demanda de potˆencia reativa e as variac¸˜oes no perfil da tens˜ao entregue ao PCC, como resultado da interac¸˜ao entre os torques el´etrico e mecˆanico, s˜ao as principais desvantagens dos aerogeradores equipados com gerador de induc¸˜ao gaiola de esquilo.

No terceiro cap´ıtulo foi explicado o princ´ıpio de funcionamento do i-UPQC e suas principais func¸˜oes, a saber: compensac¸˜ao de harmˆonicos e desbalanc¸os de tens˜ao, 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. Importante salientar que, uma vez que os condi- cionadores s´erie e paralelo s´o sintetizam respectivamente, sinais senoidais de corrente e tens˜ao de sequˆencia positiva na frequˆencia fundamental do sistema, a compensac¸˜ao de harmˆonicos e desbalanc¸os de tens˜ao e corrente se d´a de forma indireta, como uma resposta natural do sistema ao qual o i-UPQC est´a inserido.

Juntando as desvantagens do gerador de induc¸˜ao com rotor gaiola de esquilo e as func¸˜oes do i-UPQC, nota-se que estas vari´aveis se completam. Assim, a associac¸˜ao destas duas tecnologias pode ser uma soluc¸˜ao plaus´ıvel de ser implementada em aerogeradores de velocidade fixa.

Neste cap´ıtulo uma an´alise sobre a potˆencia nominal do i-UPQC foi realizada e discutiu- se sobre as estrat´egias de controle empregadas, para as duas poss´ıveis configurac¸˜oes dos con- versores que comp˜oe o i-UPQC.