FREQUÊNCIA
O paralelismo entre o sistema fotovoltaico e a rede elétrica através do inversor pode também ser realizado usando, além das diferentes maneiras de injeção de corrente apresentadas, a técnica de Droop de tensão e frequência da seção 3.6.5. Portanto, simulou-se também o acoplamento com a rede de distribuição elétrica utilizando esta técnica.
O controle de potência ativa e reativa é realizado conforme o diagrama da Figura 3.12. Entretanto, apenas as malhas de potência não são o suficiente para garantir o funcionamento correto do método. É necessária a introdução de uma malha externa de tensão c.c. e malhas internas de tensão e corrente de saída.
A malha externa de tensão no capacitor do barramento c.c. tem os mesmos moldes dos métodos anteriores, utilizando um controlador PI. Ela é requerida pois é a responsável por determinar através do aumento / diminuição da carga do capacitor c.c. a referência de potência que deve ser injetada na rede, caminhando assim para o equilíbrio. As malhas internas realizam o controle do inversor, uma vez que as malhas de controle da potência ativa e reativa fornecem apenas a referência (magnitude e fase) da tensão a ser aplicada na saída desse conversor.
Outro ponto a se considerar na utilização do droop é a necessidade do uso de um indutor no filtro de saída (entre o inversor e a rede) grande o suficiente para realizar o desacoplamento das malhas de P e Q, conforme seção 3.6.5., deixando-as
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predominantemente dependentes de 𝛿 e E, respectivamente. Uma maneira interessante de garantir isso é transformando-se o filtro LC de saída usado até então em um filtro LCL através da adição de um segundo indutor. Substitui-se assim a indutância parasita da rede L_rede da Figura 4.1 por um indutor de 600 µH. Dessa forma, além de preencher o requisito de reatância necessário, o filtro LCL de 3ª ordem permite também melhor atenuação harmônica da corrente e maior robustez a variações da indutância da rede.
A Figura 4.42 apresenta as malhas de controle simuladas para o droop, onde o bloco Controle do Conversor contém as malhas de corrente e tensão de saída.
Figura 4.42: Malhas de controle simuladas para a técnica de droop de tensão e frequência. Pode-se notar tanto da Figura 4.42 quanto da Figura 3.12 que, como a malha de tensão c.c. fornece referência exclusivamente para a malha de potência ativa, a componente de 120 Hz sobre o barramento de corrente contínua não é mais multiplicada por uma senóide (não gerando assim os180 Hz) e também não tem influência direta sobre a malha de corrente injetada. Sua influência reside sobre a fase a ser aplicada pelo inversor, mas é atenuada pelo integrador para a obtenção da frequência do droop, tornando-se ainda mais insignificante nas malhas mais internas (tensão e corrente) usadas no controle do inversor. Dessa forma, o droop de tensão e frequência não requer a utilização de métodos para a supressão do 3º harmônico.
A Figura 4.43(a) apresenta a tensão da rede de distribuição elétrica e a corrente injetada na rede usando a técnica de droop de tensão e frequência, enquanto a Figura 4.43(b) apresenta a FFT desta corrente. Novamente evidencia-se a defasagem de 180º entre a tensão e a rede, confirmando a injeção da potência na distribuidora.
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Figura 4.43: (a) Tensão da rede elétrica e corrente injetada na rede com droop, e (b) FFT da corrente injetada.
Pode-se perceber ao comparar a Figura 4.43(b) com os dados da Tabela VII que o THD = 0,18 % e a componente de 3º harmônio de 0,11 % do droop são os menores entre todas as técnicas. Este comportamento é esperado devido a duas particularidades discutidas acima para esta técnica: A utilização de um filtro de 3ª ordem (LCL) na saída em comparação ao de 2ª ordem (LC) usado nos controles anteriores, o que resulta em melhor atenuação; e a inexistência de influência direta do 2º harmônico do barramento c.c. sobre a corrente injetada na rede elétrica.
A Figura 4.44 apresenta a potência ativa e reativa absorvidas pela rede de distribuição elétrica, simuladas novamente com a técnica de droop.
Figura 4.44: Potência ativa e reativa absorvidas pela rede elétrica simuladas com a técnica de droop.
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Pode-se notar da figura que a potência ativa fornecida para a rede é 7,07 kW, ou seja, o valor entregue para a rede elétrica é compatível com o obtido com os métodos de injeção de corrente. A potência reativa, por sua vez é inferior à dos casos anteriores. Como método do droop permite controle também da potência reativa fornecida pelo sistema PV, os reativos da Figura 4.44 são exclusivamente devidos ao capacitor e dois indutores do filtro LCL de saída, uma vez que a referência escolhida para a malha de reativos do decaimento foi nula (Figura 4.42).
Para atentar-se ao comportamento dinâmico do droop, a Figura 4.45 mostra as grandezas elétricas injetadas na rede mediante degrau de radiação solar de 400 W/m2 para 1000 W/m2 no tempo de simulação t = 0,2 s.
Figura 4.45: Grandezas elétricas injetadas na rede mediante degrau de λ = 400 W/m2 para
1000 W/m2 usando droop.
Pode-se notar da figura que a dinâmica com o droop é mais lenta do que com os métodos de injeção de corrente (Figura 4.38), demorando por volta de 0,5 s para chegar a regime novamente, enquanto os métodos anteriores levaram cerca de 0,3 s. Os valores de corrente e potência ativa são, entretanto, condizentes com os dos métodos anteriores. A curva de potência reativa da Figura 4.45 permite ainda evidenciar a capacidade do método droop em controlar a quantidade de reativos fornecidos / absorvidos pelo sistema PV. Nota-se da figura que a potência reativa
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proveniente do conversor é nula antes e depois do degrau, conforme determinado pela referência na Figura 4.42. Os reativos injetados na rede, entretanto, não são nulos devido aos elementos passivos do filtro de saída, uma vez que o controle é realizado de fato na saída do inversor.
A técnica de droop, portanto, satisfaz os requisitos de paralelismo com a rede assim como as de controle de injeção de corrente. Entretanto, possui as ressalvas de apresentar dinâmica mais lenta, necessitar de mais malhas de controle (malhas de tensão e corrente além das de potência), o que torna seu ajuste mais complexo, e de demandar um filtro de saída maior. Como consequência do filtro LCL de saída, é claro, a técnica exibe uma corrente injetada na rede com qualidade superior à de todos os outros métodos simulados. Sua grande vantagem, porém, reside na possibilidade de se controlar também a potência reativa. Com isso, existe a possibilidade de garantir fator de potência unitário mesmo após o filtro de saída através do ajuste do controlador para absorver os reativos resultantes fornecidos pelo filtro em determinado ponto de operação. Adicionalmente, pode-se usar o paralelismo do sistema PV com a rede não só para geração distribuída, mas também para regulação da tensão da rede de distribuição elétrica da concessionária.