SISTEMA UPS LINE-INTERACTIVE MONOFÁSICO COM REFERÊNCIAS DE CORRENTE E TENSÃO DE COMPENSAÇÃO SENOIDAIS GERADAS POR UM FILTRO AUTO-SINTONIZADO

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1 Anais do XIX Congresso Brasileiro de Automática, CBA 202. SISTEMA UPS LINE-INTERACTIVE MONOFÁSICO COM REFERÊNCIAS DE CORRENTE E TENSÃO DE COMPENSAÇÃO SENOIDAIS GERADAS POR UM FILTRO AUTO-SINTONIZADO 2 SÉRGIO A. O. DA SILVA, RODRIGO A. MODESTO, RODRIGO BARRIVIERA, MAURÍCIO KASTER Departamento de Engenharia Elétrica, Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR Av. Alberto Carazzai, 640, CEP , Cornélio Procópio-PR, BRASIL, s: augus@utfpr.edu.br, rodrigomodesto@utfpr.edu.br,mkaster@utfpr.edu.br 2 Instituto Federal do Paraná IFPR PR466 - Gleba Pindaúva - Secção C - Parte 2 CEP , Ivaiporã PR, BRASIL, +55 (43) rodrigo.barriviera@ifpr.edu.br Abstract This paper presents a single-phase line-interactive uninterruptible power supply (UPS) system, allowing output voltage conditioning, such as voltage harmonic suppression and voltage sag/swell compensation. Additionally, the UPS input current is also compensated, allowing current harmonic suppression and reactive power compensation. In other words, the UPS system acts as a unified power quality conditioner (UPQC), when working in standby operation mode. Both sinusoidal voltage and current references of the UPS are generated by using of a phase-locked loop (PLL) operating in conjunction with a self-tuning filter (STF), allowing the implementation of a simplified control strategy, in which by controlling only the UPS dc-bus voltage, is possible to control the amplitude of the sinusoidal current reference of the series converter and, consequently, the controlling of the power flow through the UPS. The power rates handled by the series and the parallel PWM converters depend on, mainly, the amplitude difference between the input and output UPS voltages. This, in order to optimize the efficiency of the UPS in standby mode of operation, the amplitude of the UPS output voltage will be allowed to vary in order to follow the amplitude of the input voltage within a limited range defined by design requirements. This strategy will allow an effective optimization of the efficiency of the UPS system. Mathematical analyses are presented and validation results are presented in order to evaluate the performance of the line-interactive UPS system. Keywords Unified Power Quality Conditioner, Uninterruptible Power Supply, Self-Tuning Filter. Resumo Este trabalho apresenta um sistema UPS (Uninterruptible Power Supply) line-interactive monofásico, o qual permite o condicionamento da tensão de saída, ou seja, supressão de harmônicos de tensão e compensação de afundamentos (sags) e elevações (swells) de tensão. Além disso, a corrente de entrada da UPS também é compensada, permitindo a supressão de harmônicos de corrente e compensação de potência reativa. Em outras palavras, o sistema UPS atua como um condicionador unificado de qualidade de energia (UPQC- Unified Power Quality Conditioner), quando este trabalha no modo de operação standby, ou seja, com a rede presente. Ambas as referências senoidais de tensão e corrente de compensação são geradas usando um sistema PLL (Phase-Locked Loop) operando em conjunto com um filtro auto-sintonizado (STF- Self Tuning Filter), permitindo a implementação de uma estratégia de controle simplificada, na qual, controlando apenas a tensão do barramento CC da UPS, é possível controlar a amplitude da corrente senoidal de referência do conversor série e, por conseguinte, controlar o fluxo de potência através da UPS. As taxas de potência sintetizadas pelos conversores PWM série e paralelo da UPS dependem, principalmente, da diferença de amplitude entre as tensões de entrada e saída. Sendo assim, para otimizar a eficiência da UPS no modo de operação standby, a amplitude da tensão de saída será variada no intuito de seguir a amplitude da tensão de entrada, respeitando sempre uma faixa de tensão que atenda aos requisitos da carga. Análises matemáticas são realizadas, bem como resultados de validação são apresentados com o objetivo de avaliar o desempenho do sistema UPS line-interactive. Palavras-chave Fonte de Energia Ininterrupta, Condicionador Unificado de Qualidade de Energia, Filtro Auto Sintonizado. Introdução A utilização crescente de cargas não lineares por consumidores industriais, comerciais e residenciais tem contribuído para aumentar as distorções de tensão na rede elétrica, as quais são ocasionadas por meio das elevadas correntes harmônicas drenadas do sistema elétrico de potência. Filtros Ativos de Potência (FAP) paralelos têm contribuído para mitigar os efeitos sobre o sistema de energia, causado pela circulação de correntes harmônicas geradas por cargas não lineares (Monteiro et al., 2007; Khadkikar et al., 2008; Silva et al., 200). Já os FAP série normalmente têm sido usados para compensar distúrbios de tensão da rede elétrica, tais como sags e sweels, harmônicos, dentre outros (Bhattacharya et al., 995; Dixon et al., 997). Por outro lado, a compensação ativa de potência série e paralela pode ser feita, simultaneamente, por meio de condicionadores unificados de qualidade de energia (UPQCs- Unified Power Quality Conditioner) (Aredes et al., 995; Fujita et al., 998; Aredes et al., 998; Aredes et al., 2009; Silva et al., 200). Especificamente, fontes de energia ininterrupta (UPS- Uninterruptible Power Supply) têm sido empregadas a fim de fornecer energia limpa e ininterrupta para cargas críticas, tais como, computadores, equipamentos médico-hospitalares, controle de tráfego aéreo, dentre outros (Jeon et al., 997; Kamran et al., 998; Kwon et al., 200; Silva et al., 2002, Nasiri et al., 2004, Silva et al., 2005). Portanto, sob condições normais e anormais das tensões da rede, os 0

2 sistemas UPS devem ser capazes de drenar correntes da rede elétrica, senoidais e com baixo conteúdo harmônico. Simultaneamente, devem fornecer à carga, tensões senoidais equilibradas, reguladas e com baixas taxas de distorção harmônica (TDH). Similar ao UPQC, a UPS estudada neste trabalho atua no condicionamento ativo de potência série e paralelo, quando estiver operando no modo standby, ou seja, com a rede presente (Jeon et al., 997; Kamran et al., 998; Silva et al., 2002; Silva et al., 2005). Em aplicações de UPQC convencionais o conversor série opera como uma fonte de tensão não senoidal, eliminando as perturbações de tensão da rede, enquanto o conversor de paralelo opera como uma fonte corrente não senoidal eliminando quaisquer harmônicos de corrente gerados por cargas não lineares (Aredes et al., 995; Fujita et al., 998). No entanto, o UPQC pode operar de maneira dual à convencional (Aredes et al., 2009; Silva et al., 200), a qual é também chamada de iupqc e agrega diversas vantagens quanto a sua operação (Aredes et al., 2009). A estratégia de controle empregada permite que o conversor PWM série funcione como uma fonte de corrente senoidal, enquanto o conversor de paralelo PWM funciona como uma fonte de tensão senoidal. Ambos os conversores PWM são controlados para operar em fase com a tensão de entrada. Uma vez que no modo standby a UPS opera como um UPQC, a sua eficiência está diretamente relacionada com a potência sintetizada pelos conversores PWM. Esta depende basicamente da diferença de amplitude entre as tensões da rede e da carga, bem como das condições de carga como fator de potência fundamental e TDH de corrente. Além disso, o fator de carga do banco de baterias deve também ser considerado no dimensionamento dos conversores. Na maioria das aplicações em FAP, para a geração das correntes e tensões de referência faz-se uso de estratégias consolidadas, como a baseada na Teoria p-q (Aredes et al., 995; Fujita et al., 998), a qual é fortemente influenciada na presença de harmônicos e desbalanços de tensão. Outra estratégia largamente empregada é baseada no sistema de eixos de referência síncrona (SRF- Synchronous Reference Frame), a qual necessariamente precisa da utilização de um sistema PLL (Phase-Locked Loop) (Bhattacharya et al., 995). Neste trabalho, pelo fato da UPS operar como iupqc no modo standby, a operação tanto do conversor série como do paralelo também é feita de maneira dual à convencional, como já implementada em outras aplicações de UPS (Jeon et al., 997; Kamran et al., 998; Silva et al., 2002; Silva et al., 2005). Desse modo, a fim de controlar a corrente de entrada e a tensão de saída da UPS é necessário obter as suas respectivas referências senoidais. Um filtro auto sintonizado (STF- Self-Tuning Filter) apresentado em Song, 2000 e utilizado em Ben habib et al., 2003 e Abdusalam et al., 2009, será utilizado neste trabalho a fim de permitir a extração das referências senoidais da UPS. O STF permite a extração da componente fundamental de tensão da rede, minimizando os efeitos dos harmônicos de tensão existentes e, consequentemente, contribuindo para a melhoria da qualidade das referências senoidais da UPS. No entanto, em Ben habib et al., 2003 e Abdusalam et al., 2009, a perturbação relacionada com a variação da frequência da rede, para a obtenção das componentes fundamentais de tensão e corrente não são levadas em consideração. Para contornar este problema, o STF vai ser usado em conjunto com um sistema PLL, o qual é baseado na teoria da potência ativa instantânea (p-pll) (Sasso et al., 2002; Rolim et al., 2006; Santos Filho et al., 2008; Silva et al., 2008). A utilização do STF em conjunto com o p-pll (STF-pPLL), apresentado no presente trabalho, torna possível a adaptação da frequência de sintonia do STF quando uma variação ocasional da frequência da rede ocorrer. Esta adaptação de frequência é conseguida porque a frequência de referência do p-pll irá definir a frequência de sintonia do STF. Consequentemente, ambos as referências senoidais de tensão e corrente podem ser obtidos por meio da informação do ângulo de fase obtido a partir do STF-pPLL. Ao contrário da amplitude da referência de tensão, que pode ser constante, a amplitude da referência de corrente é necessariamente variável e deve ser controlada por uma malha adicional no barramento CC da UPS. Este controle leva em consideração a variação de potência ativa consumida pela carga, a energia necessária para a carga do banco de baterias e a diferença entre as amplitudes das tensões de entrada e saída da UPS. Sendo assim, considerando que o fluxo de potência através da UPS é variável, podese fazer uso de uma estratégia que permita aumentar da eficiência do conversor série, atuando na diminuição do nível de tensão sobre o transformador de acoplamento série com a rede. Este trabalho está organizado como segue: Na seção 2 é descrita a topologia da UPS e suas características principais. Na seção 3 as estratégias de geração das referências de tensão e corrente da UPS são apresentadas utilizando o STF-pPLL proposto. Também é discutido o controle de tensão do barramento CC, o qual define a amplitude da referência senoidal do conversor série, e apresentada a estratégia de minimização da potência sintetizada pelo conversor série. Na seção 4 os resultados das simulações numéricas da UPS são mostrados e, finalmente, na seção 5 são apresentadas as conclusões do trabalho. 2 Topologia da UPS A topologia do sistema UPS line-interactive monofásico está mostrada na Figura. Esta utiliza dois conversores PWM monofásicos em ponte acoplados a um barramento CC comum, que no caso é composto por um banco de baterias.

3 Quando a tensão da rede está normal, o conversor PWM série, que é controlado em corrente, impõe na rede, por meio do transformador série, uma corrente senoidal ( i s ) em fase com a tensão de alimentação ( v s ). Portanto, o conversor série deve comportar-se como uma fonte de corrente com alta impedância, o suficiente para isolar a rede das correntes harmônicas da carga. Já o conversor PWM paralelo, que é controlado em tensão, impõe na carga uma tensão senoidal ( v L ), a qual também está em fase com a tensão de alimentação ( v s ). Desse modo, o conversor paralelo deve comportar-se como uma fonte de tensão com impedância suficientemente baixa para absorver as correntes harmônicas da carga. i S Rede Elétrica LS L fs i cs v S SW vc G G2 G3 G4 C dc i S Banco de Baterias G5 G6 Vdc G7 G8 i Lfp L fp i cp v L i L C fp Cargas Críticas No caso em questão, as grandezas de entrada são as tensões em quadratura v e v, enquanto as grandezas de saída são as respectivas tensões em quadratura filtradas, ou seja, v f e v f. Sendo assim, a frequência de corte do STF é a própria frequência da rede representada por c. As funções de transferência do STF são representadas por () e (2), ou seja: K c v f ( s) v ( s) v f ( s) v f ( s) s () s K c v f ( s) v ( s) v f ( s) v f ( s) s (2) s O parâmetro K mostrado na Figura 2 e nas equações () e (2) está diretamente relacionado com a seletividade do filtro, ou seja, quanto menor o valor de K mais seletivo será o filtro, como pode ser observado pelo diagrama de Bode da Figura 3, considerando a frequência de corte (fc) igual a 60 Hz e os valores de K variando de 5 a 25. Conversor PWM Série Conversor PWM Paralelo Figura. Topologia da UPS line-interactive monofásica. A chave estática 'sw' protege a carga, proporcionando uma desconexão rápida entre a UPS e a fonte de alimentação quando ocorrer uma interrupção ocasional da rede elétrica. Neste caso, a chave estática 'sw' é aberta e o conversor série inibido. Enquanto isso, o conversor paralelo permanece funcionando normalmente, sem qualquer tempo de transferência que poderia influenciar na alimentação da carga, ou seja, a UPS comporta-se com uma verdadeira UPS on-line (Kamran et al., 998). Figura 2. STF sintonizado para uma frequência de corte c. 3 Geração das grandezas de referência As referências senoidais de tensão e corrente da UPS são obtidas a partir da operação conjunta do STF proposto em Song, 2000, e do p-pll apresentado em Silva et al., O STF é usado na extração da componente fundamental da tensão da rede. Já o p- PLL, além do sincronismo e detecção do ângulo de fase, é responsável em adaptar a frequência de corte do STF considerando uma eventual variação de frequência da rede. 3. Self-Tuning Filter - STF O diagrama do STF representado na Figura 2 está descrito detalhadamente em Ben habib et al., 2003 e Abdusalam et al., 2009 onde foi empregado em filtros ativos trifásicos. Os sinais de entrada do algoritmo de filtragem do STF são compostos por dois sinais em quadratura, podendo estes ser representados tanto por grandezas de tensão como de corrente. Figura 3. Diagrama de Bode do STF considerando diversos valores do parâmetro K (fc = 60 Hz). 3.2 Sistema p-pll monofásico O sistema p-pll monofásico adotado neste trabalho foi descrito detalhadamente em Silva et al., 2008 e está representado na Figura 4. Por se tratar de um sistema monofásico e o p-pll ser baseado no cálculo da potência ativa instantânea trifásica, deve-se criar um sistema trifásico fictício representado por grandezas bifásicas no sistema de eixos estacionário bifásico (αβ). Sendo assim, a tensão de entrada v s do sistema p-pll é assumida ser a própria tensão direta no eixo estacionário α, ou seja, 2

4 v s = v. Já a tensão do eixo em quadratura β é obtida através da introdução de um atraso de fase de π/2 rad na tensão medida v s, obtendo-se assim uma tensão fictícia de quadratura v. O modo de operação do p-pll consiste no cancelamento da componente CC da potência ativa instantânea fictícia p ' (Figura 4). Assim, quando isto acontecer o sinal de saída do p-pll estará atracado em frequência e fase com o sinal de tensão da rede elétrica. Portanto, a dinâmica do sistema PLL irá definir uma frequência na saída do controlador proporcionalintegral (PI) como sendo idêntica à frequência angular da rede (ω*=2πf), onde f é a frequência nominal da rede. O ângulo θ*= ω*t é obtido pela integração da referência de frequência angular ω*. Assim, o ângulo θ* é usado para calcular as correntes de realimentação fictícias i e i. Para cancelar o componente CC de p ', as correntes fictícias i e i devem ser ortogonais às respectivas tensões v e v. Para melhorar o desempenho inicial dinâmico do p-pll a frequência angular ff (feed-forward) é empregada. Figura 4. Estrutura do p-pll monofásico. Figura 5. Esquema do STF-pPLL monofásico. vl VLp cos * (3) Normalmente, a amplitude V Lp é fixa. No entanto, devido ao fato da diferença entre as tensões de entrada e saída da UPS interferir no fluxo de potência através da mesma, e, consequentemente, influenciar diretamente na taxa de potência sintetizada pelo conversor PWM série, é conveniente a adoção de uma estratégia, cujo intuito é alterar a amplitude da tensão de saída seguindo a variação da amplitude da tensão de entrada numa mesma proporção. Obviamente, a faixa de variação da tensão de saída deve ser limitada a fim de satisfazer aos requisitos da carga. Este procedimento visa contribuir para aumentar a eficiência total do sistema UPS, haja visto que quanto maior a diferença de tensão nos terminais do transformador de acoplamento, maior a taxa de potência em VA sintetizada pelo conversor série (Silva et al., 2002). O esquema de detecção da amplitude do sinal de entrada bem como o seu controle dentro de uma faixa preestabelecida pelo projetista ( V LpMAX e V LpMIN ) está mostrado na Figura Sistema STF-pPLL Monofásico O p-pll apresentado na seção 3.2 é influenciado por distúrbios da rede como, por exemplo, harmônicos de tensão, o que interfere na qualidade do sinal de saída θ* do PLL e, consequentemente, na qualidade das referências de tensão e corrente usadas na UPS. Sendo assim, é necessário filtrar os sinais de entrada do p-pll por intermédio do STF. Portanto, as grandezas de saída do STF filtradas ( v f e v f ) são usadas como entradas do p-pll como mostrado na Figura 5. Além disso, a frequência angular de referência ω* do p-pll deve realimentar o STF no intuito de adaptar a sua frequência de sintonia evitando que uma variação na frequência angular da rede gere erros de ângulo de fase no p-pll. 3.4 Geração da Referência de Tensão da UPS A referência de tensão do conversor paralelo ( v L ) é obtida diretamente a partir do STF-pPLL como representado por (3), onde V Lp é a amplitude da requerida tensão de saída e θ* é o ângulo do p-pll. Figura 6. Diagrama de blocos do controle do conversor paralelo. A Figura 6 também apresenta a representação do sistema físico do conversor paralelo, juntamente com o controlador PI (laço externo) responsável pelo controle da tensão de saída e o controlador P (laço interno) responsável pelo controle da corrente do indutor de filtragem paralelo ( L ). 3.5 Geração da Referência de Corrente da UPS A referência de corrente do conversor série ( i cs ) também é obtida a partir do sistema STF-pPLL, como representado por (4), onde I sp é a amplitude da corrente de compensação gerada pelo controlador do barramento CC e θ* é o ângulo do p-pll. A amplitude I sp deve ser controlada de forma a equilibrar o fp 3

5 fluxo de potência através da UPS. Isto é conseguido pela introdução de um controlador PI responsável por manter a tensão do barramento CC constante, como mostrado na Figura 7. A Figura 7 também mostra a representação do sistema físico do conversor série juntamente com o controlador PI responsável pelo controle da corrente i cs do indutor de filtragem série ( L fs ). i i I cos * (4) cs s sp Percebe-se claramente que a geração de referências da UPS dispensa a utilização de métodos mais complexos de extração referências de tensão e corrente, como, por exemplo, aqueles baseados na Teoria p-q ou no sistema de eixos de referência síncrona. Figura 7. Diagrama de blocos do controle do conversor série e do barramento CC da UPS. 4 Resultados de Simulação Para verificar o comportamento da UPS, bem como das estratégias de controle e geração de referências apresentadas, realizou-se simulações numéricas utilizando a ferramenta PSIM Versão 9.0, em que os conversores PWM operam com frequência de chaveamento de 20 khz. As simulações foram realizadas considerando um sistema monofásico conectado a uma carga não linear composta por um retificador em ponte completa alimentando uma carga R-L. A tensão eficaz da rede é igual 27 V e os valores da carga R-L são: R = 7,25 Ω e L = 20 mh. A Tabela resume os parâmetros usados nas simulações. Os ganhos Proporcional (P) e Integral (I) dos controladores das tensões de saída e do barramento CC e da corrente de entrada são mostrados na Tabela 2. Os ganhos do p-pll são os mesmos adotados em Silva et al., O parâmetro K do STF é igual a 20. As grandezas de tensão e corrente da UPS operando nos modos standby (rede presente) e backup (rede ausente) estão mostradas, respectivamente, nas Figuras 8 e 9. Na Figura 8 (a), (b) e (c) são mostradas, respectivamente, as tensões de entrada, sobre o transformador série e de saída da UPS. Na Figura 9 (a), (b) e (c) são apresentadas as correntes de carga, do conversor paralelo e de entrada, respectivamente. As formas de onda de tensão da UPS operando de forma similar ao iupqc, realizando a compensação de tensões harmônicas da rede, e de distúrbios de tensão como sags e sweels estão mostradas nas Figuras 0 e. Na Figura 0 (a), de zero até 04,6ms a tensão de alimentação da rede elétrica está operando normalmente. Depois disso, a partir de 04,6ms até 87,5ms o sistema opera com o distúrbio de tensão sag. O distúrbio de tensão swell ocorre entre 295,83 e 404,6ms. A Figura 0 (b) mostra a tensão de saída senoidal, regulada e livre de harmônicos, enquanto a Figura 0 (c) mostra os respectivos valores eficazes das tensões de entrada e saída da UPS, onde a tensão de saída é sempre fixa independente das variações da tensão de entrada (estratégia ). Na Figura (a) a tensão de entrada varia numa faixa superior a ±5%. No entanto, na Figura (b) observa-se que é permitida uma faixa de variação de até ±5% da tensão de saída, seguindo a tensão da entrada na mesma proporção, com o intuito de diminuir a tensão sobre o transformador de acoplamento série e consequentemente aumentar a eficiência da UPS (estratégia 2). A Figura (c) mostra os respectivos valores eficazes das tensões de entrada e saída da UPS. Pela Figura 2 é possível observar a potência instantânea ativa que flui através do conversor série considerando as duas estratégias adotadas. Como pode ser observado, o nível de potência que flui através do conversor de série na Figura 2 (a) (estratégia ) é maior do que o mostrado na Figura 2 (b) (estratégia 2) durante os distúrbios de tensão. Assim, conclui-se que a estratégia 2 contribui para aumentar a eficiência da UPS. As grandezas relacionadas à estrutura STF-pPLL estão mostradas na Figura 3. A tensão distorcida de entrada vs da UPS (eixo α do STF-pPLL) está mostrada na Figura 3 (a). Já a tensão de saída filtrada no eixo α ( v f ) é mostrada na Figura 3 (b). O ângulo de fase do p-pll ( ppll ) e o sinal usado na geração das referências senoidais de tensão/corrente ( sin ppll ) estão mostrados na Figura 3 (c) e (d), respectivamente. A TDH de v s, v f, e sin ppll são, respectivamente, 7,73%, 0,37% e 0,2 %. As Figuras 4 (a) e (b) mostram as tensões de entrada e saída da UPS, respectivamente, para um transitório de carga em 00ms. As correntes de entrada e saída da UPS são mostradas na Figura 4 (c). Nota-se que o controlador do barramento CC ajusta a amplitude referência da corrente de entrada. Conversores PWM Séries Paralelo Tabela Parâmetros de simulação Tensão CC V dc (V) 300 Filtros indutivos (mh) Filtro Capacitivo C (μf) L fs = 2 - L fp = 0,35 C fp =200 Tabela 2 Parâmetros dos Controladores de Tensão e Corrente da UPS. Ganhos dos controladores de tensão Ganhos do controlador de corrente Ganho do controlador do barramento CC Laço Externo Laço Interno P I P I P I P 4, ,8 99,6 0,69 5 4

6 5 Conclusão Figura 8. Tensões da UPS: (a) Tensão de entrada ( v s ); (b) Tensão de compensação série ( v c ); (c) Tensão de saída ( v L ). Figura 9. Correntes da UPS: (a) Corrente da carga ( i L ); (b) Corrente de compensação paralela ( i cp );(c) Corrente da rede ( i s ) Figura 0. Tensões da UPS (estratégia ): (a) Tensão de entrada ( v s ); (b) Tensão de saída ( v L ); (c) Tensões rms de saída ( V Lrms ) e de entrada ( V srms ). Este artigo apresentou a implementação de um sistema UPS line-interactive monofásico, permitindo o condicionamento da tensão de saída por meio da supressão de harmônicos e distúrbios com sags e sweels. Além disso, a corrente de entrada da UPS compensada permitiu a supressão de harmônicos de corrente da carga e compensação de potência reativa da carga elevando o fator de potência. Foi apresentada uma estratégia para a geração de referências de corrente e tensão da UPS propiciando um controle simplificado, minimizando o esforço computacional envolvido. Além disso, foi implementada uma estratégia que visa o aumento da eficiência da UPS, a qual leva em consideração a variação da tensão eficaz de saída da UPS dentro de limites preestabelecidos pelo projetista, os quais não deverão influenciar no adequado funcionamento da carga. A operação da UPS considerando as referências de tensão e corrente senoidais, possibilita ao controle PWM mais facilidade em sintetizar com precisão as referências. As referências senoidais representam vantagem quando comparadas com as referências não senoidais comumente utilizadas nas compensações de potência. Além disso, o conversor paralelo funciona continuamente como fonte de tensão senoidal, tanto no modo de operação standby como backup, implicando em tempo de transferência nulo, tanto na saída como no retorno da rede. Resultados de simulação foram apresentados a fim de avaliar o desempenho da UPS e validar o desenvolvimento teórico. Figura. Tensões da UPS (estratégia 2): (a) Tensão de entrada ( v s ); (b) Tensão de saída ( v L ); (c) Tensões rms de saída ( V Lrms ) e de entrada ( V srms ). Figura 3. STF-pPLL: (a) Tensão de entrada ( v s = v ); (b) Tensão de saída ( v ); (c) ângulo de fase do p-pll ( f ppll ); (d) Referência de tensão/corrente do STF-pPLL ( sin ). ppll Figura 2. Potências ativas istantâneas através do conversor série: (a) Estratégia ; (b) Estratégia 2. Figura 4. Tensões e correntes da UPS no transiente de carga: (a) Tensão de entrada ( v s ); (b) Tensão de saída ( v L ); (c) Corrente da carga ( i L ) e corrente da rede compensada ( i s ). 5

7 Agradecimentos Os autores agradecem o apoio financeiro recebido do CNPq, através do processo 47825/ Referências Monteiro, M. I. M., Cadaval, E. R. and González, F. B. (2007). Comparison of Control Strategies for Shunt Active Power Filters in Three-Phase Four-Wire System. IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 22, No., pp Khadkikar, V. and Chandra, A. (2008). An Independent Control Approach for Three-Phase Four-Wire Shunt Active Filter Based on Three H-Bridge Topology under Unbalanced Load Conditions. Proceedings of the IEEE 39 th IEEE Annual Power Electronics Specialisst Conference, pp Silva, S. A. O., Ferracin, A., Cervantes, S. G. S., Goedtel, A. and Nascimento, C. F. (200). Synchronous Reference Frame Based Controllers Applied to Shunt Active Power Filters in Three- Phase Four-Wire Systems. Proceedings of the IEEE International Conference on Industrial Technology, pp Bhattacharya, S. and Divan, D. (995). Synchronous Frame Based Controller Implementation for a Hybrid Series Active Filter System. Proceedings of the 30 th Industry Application Society Conference, pp Dixon J. W., Venegas, G., Morán, L. A. (997). A Series Active Filter Based on Sinusoidal Current- Controlled Voltage-Source Inverter. IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 44, No. 5, pp Aredes, M. and Watanabe, E. H. (995). New Control Algorithms for Series and Shunt Three-Phase Four Wire Active Power Filters. IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 0, No. 3, pp Fujita, H. and Akagi, H. (998). The Unified Power Quality Conditioner: The Integration of Series and Shunt Active Filters. IEEE Transactions on Power Electronics. Vol. 3, No. 2, pp Aredes, M., Heumann, K. and Watanabe, E. H. (998). An Universal Active Power Line Conditioner. IEEE Transactions on Power Delivery. Vol. 3, No. 2, pp Aredes, M. and Fernandes, R. M. (2009). A Dual Topology of Unified Power Quality Conditioner: the iupqc. Proceedings of the 3 th European Conference on Power Electronics and Applications, Barcelona, pp. -3. Silva, S. A. O., Modesto, R. A., Goedtel, A. and Nascimento, C. F. (200). Power Quality Conditioners Applied To Three-Phase Four-Wire Systems. Proceedings of the 8 th Brazilian Automatic Control Conference, pp Jeon, S. J. and Cho, G. H. (997). A Series-Parallel Compensated Uninterruptible Power Supply with Sinusoidal Input Current and Sinusoidal Output Voltage. Proceedings of the IEEE 28 th IEEE Annual Power Electronics Specialisst Conference, pp Kamran, F. and Habetler, T. (998). A Novel On-Line UPS with Universal Filtering Capabilities. IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 3, No. 3, pp Kwon B. H., Choi, J. H. and Kim, T. W. (200). Improved Single-Phase Line Interactive UPS. IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 48, No. 4, pp Silva, S. A. O., Donoso-Garcia, P. F., Cortizo, P. C. and Seixas P. F. (2002). A Three-Phase Line-Interactive UPS System Implementation with Series-Parallel Active Power-Line Conditioning Capabilities. IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 38, No. 6, pp Nasiri, A., Amac, A. E. and Emadi, A. (2004). Series- Parallel Active Filter/Uninterruptible Power Supply System. Electric Power Components and Systems Journal, Vol. 32, No., pp Silva, S. A. O., Donoso-Garcia, P. F., Cortizo, P. C. and Seixas P. F. (2005). A Line-Interactive UPS System Implementation with Series-Parallel Active Power- Line Conditioning for Three-Phase, Four- Wire Systems. SBA. Sociedade Brasileira de Automática, Campinas, Vol. 6, No. 2, pp Sasso, E. M., Sotelo, G., Ferreira, A., Watanabe, E. H., Aredes, M., Barbosa, P. G. (2002). Investigação dos Modelos de Circuitos de Sincronismo Trifásicos Baseados na Teoria das Potências Real e Imaginária Instantâneas (p-pll e q-pll). Proceedings of the 4 th Brazilian Automatic Control Conference, pp Rolim, L. G. B., Costa, D. R. and Aredes, M. (2006). Analysis and Software Implementation of a Robust Synchronizing PLL Circuit Based on the pq Theory. IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 53, No. 6, pp Santos Filho, R. M., Seixas, P. F., Cortizo, P. C., Torres, L. A. B. and Souza, A. F. (2008). Comparison of Three Single-Phase PLL Algorithms for UPS Applications. IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 55, No. 8, pp Silva, S. A. O., Novochadlo, R. and Modesto, R. A. (2008). Single-Phase PLL Structure Using Mofied p-q Theory for Utility Connected Systems. Proceedings of the IEEE 39 th IEEE Annual Power Electronics Specialisst Conference, pp Song, H-S. (2009). Control scheme for PWM converter and phase angle estimation algorithm under voltage unbalance and/or sag condition. Ph.D. in electronic and electrical engineering. South Korea. Abdusalam, M., Poure, P., Karimi, S. and Saadate, S. (2009). New Digital Reference Current Generation for Shunt Active Power Filter under Distorted Voltage Conditions. Electric Power Systems Research Journal, Vol. 79, pp Ben habib, M. C., Jacquot, E., Saadate, S. (2003). An Advanced Control Approach for a Shunt Active Power Filter. Proceedings of International Conference on Renewable Energies and Power Quality. 6