Introdução. Qualidade de energia. Principais tipos de Disturbios

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1 Introdução Qualidade de energia Qualquer distúrbio presente na rede que possa causar a inadequada operação de um equipamento é considerado um problema de qualidade de energia Principais tipos de Disturbios Harmônicos e Interharmônicos; Sinais portadores; Flutuação de tensão; Afundamentos de tensão e interrupções; Desequilíbrio de tensão; Variações de freqüência; Indução de tensões em baixa freqüência; Componentes CC em rede CA. 1

2 Classificação dos Filtros ativos Natureza do barramento CC: Fonte de tensão (VSI Voltage Source Inverter) Fonte de corrente (CSI Current Source Inverter) Configuração de conexão: paralelo (Shunt) Série híbrido (filtro passivo mais o ativo) universal (união do filtro paralelo com o filtro série) Sistema de alimentação: Monofásica Trifásica a três fios Trifásica a quatro fios Número de níveis: Dois níveis Três níveis Quatro ou mais níveis 2

3 Filtros ativos série e paralelo Os filtros ativos são conectados com a rede elétrica para eliminar distorções da tensão da rede (filtro ativo série) e harmônicos de corrente (filtro ativo paralelo) Um filtro ativo série protege a carga contra perturbações na tensão da rede, tais como flutuações, harmônicos e notching Um filtro ativo paralelo funciona como um caminho de baixa impedância para harmônicos de corrente. Fonte: F. Pottker, Tese de Doutorado 3

4 Filtro ativo paralelo Sistema Alimentador Fonte CA Zs PCC Filtro paralelo, configuração VSI Vcc Ccc Ih Lv Diagrama representativo de um filtro paralelo na configuração VSI. 4

5 Filtro ativo paralelo 5

6 Filtro ativo paralelo Vcc/2 Ccc La Iha Lb Lc Ihb Ihc Ihn Rede Trifásica a 4 fios Vcc/2 Ccc Conversor trifásico VSI FB operando como inversor de tensão. Amostra Vrede Malha de Corrente Vref Ev Controlador de Tensão Vv x Iref Ei Controlador de Corrente Vc Modulador PWM D Planta de Irede Planta de Vcc Corrente Tensão Vs Is Sensor de Corrente Sensor de Tensão Sistema de controle para uma das fases do FAP 6

7 Filtro ativo paralelo 2A Icarga 1A 6 4 Vcc [V] A 2 I(L1)*3 [A] -1A -2A 34.ms 36.ms 38.ms 4.ms 42.ms 44.ms 46.ms 48.ms 5.ms Tempo Corrente fase A do PCC 2A ms 36.ms 38.ms 4.ms 42.ms 44.ms 46.ms 48.ms 5.ms Tempo Barramento e a corrente no Filtro. 1A Ia Ib Ic A Correntes na rede -1A -2A 34.ms 36.ms 38.ms 4.ms 42.ms 44.ms 46.ms 48.ms 5.ms Tempo 7

8 Filtro ativo Série Filtro ativo série : atua como uma fonte de tensão controlada que injeta uma tensão de compensação v h que se soma à tensão do alimentador, cancelando as distorções e desbalanços desta, de forma que a tensão na carga tenha uma forma de onda senoidal e balanceada. Sistema Alimentador Fonte Zs Vh CA PCC Filtro série, configuração VSI Vcc Ccc Lv Cv Filtro ativo série (fonte de tensão controlada) 8

9 Filtro ativo Série Sistem a Alim entador Zsa Zsb Zsc V ha Vhb C arga Trifásica a 4 fios Vhc V cc/2 C cc La C a C b C c Lb Lc Vcc/2 C cc Conversor trifásico VSI FB aplicado como FAS Controle do Inversor Vref Ev Controlador de Tensão do Sistema Vhref Controlador de Tensão do Inversor Modulador PWM Planta de D Vh Planta do Vc Tensão do Sistema Inversor Sensor de Tensão do Inversor Sensor de Tensão da Controle um filtro paralelo na configuração VSI 9

10 Filtro ativo Série 2V 2V Vcarga 1V VA VB VC 1V Vfonte V V Vcomp. -1V -1V -2V 18.ms 2.ms 22.ms 24.ms 26.ms 28.ms 3.ms 32.ms Tempo Tensões no sistema alimentador. 2V -2V 16.67ms 2.ms 25.ms 3.ms Tempo 33.33ms Tensões na rede, filtro e carga Fase A VCR VCS VCT 1V V Tensões de carga -1V -2V 18.ms 2.ms 22.ms 24.ms 26.ms 28.ms 3.ms 32.ms Tempo 1

11 Condicionador universal de qualidade de energia (UPQC) Em situações em que as correntes drenadas pelas cargas e as tensões da rede apresentem simultaneamente distúrbios, uma combinação de filtro ativo série com o filtro ativo paralelo, o qual é conhecido como UPQC, pode ser usada. A corrente compensada I s e a tensão compensada V L são ondas senoidais e balanceadas. Ainda, o controle do filtro ativo paralelo faz com que a corrente compensada esteja em fase com a tensão, compensando o fator de potência da carga. Filtro ativo série Fonte: Aredes et al. (SBQEE 25) Filtro ativo paralelo Prof. Cassiano Rech 11

12 Condicionador universal de qualidade de energia (UPQC) Controlar o fator de potência de entrada (deslocamento de fase e harmônicos). Regular a tensão dos capacitores do barramento CC. Regular a tensão na carga. Poderá fornecer potência ativa e reativa. A potência ativa processada pelo compensador é fornecida pela energia armazenada no barramento CC. Prof. Cassiano Rech 12

13 Tabela 3-Parâmetros para a simulação. UPQC - Simulação Estrutura elaborada para a simulação POTÊNCIA DA CARGA TENSÃO DO BARRAMENTO CC TENSÃO DE FASE DA REDE INDUTÂNCIA DOS INVERSORES CAPACITÂNCIA DO BARRAMENTO FREQÜÊNCIA DE COMUTAÇÃO FREQÜÊNCIA DA REDE P O = 25 W V O = 4 V V RD = 127 VRMS L P = L S = 2,75 MH C O = 1,5 MF F S = 2 KHZ F RD = 6 HZ 13

14 Tabela 3-Parâmetros para a simulação. UPQC Tensão de entrada no PCC 2 v Ard v Brd v Crd 1 Vrda 1 8 Vrdb Vrdc [V] -1 6 % Fundamental 4 2-2,1,11,12,13,14,15 Tempo (s) Tensões de rede em 127V com distorção Harmônicos Harmônicos da tensão na rede Fase A (v rda ): 113,9 V rms e TDH = 12,8 %; Fase B (v rdb ): 117,9 V rms e TDH = 13,5 %; Fase C (v rdc ): 118, V rms e TDH = 12,3 %. 14

15 Tabela 3-Parâmetros para a simulação. UPQC Perfil de s i AZ i BZ i CZ 2 IZa IZb IZc [A] 15 % Fundamental ,5,75,1,125 Tempo (s) Correntes exigidas pelas cargas Harmônicos Harmônicos da corrente na carga Fase A (i Za ): 7,71 23,9ºA e TDH = 21,9 %; Fase B (i Zb ): 7,91 25,8ºA e TDH = 21,5 %; Fase C (i Zv ): 3,19 3,3ºA e TDH = 3,3 %. 15

16 Tabela 3-Parâmetros para a simulação. UPQC Resultados Correntes [A] 1 i AZ v AZ v BZ v CZ 1 i Ard 1-1 [V] 1-1 i BZ i Brd i CZ ,1,11,12,13,14,15 Tempo (s) i Ard : 7, 2,7ºA e TDH = 9,2 %; i Brd : 7,4 4,1ºA e TDH = 9,6 %; i Crd : 7,5 6,1ºA e TDH = 8,9 %; 1 i Crd -1,2,5,1,12 FAP 1 on 2 e 3 on FAS,18 3 off,22 2 off,27 t(s) 16

17 Tabela 3-Parâmetros para a simulação. UPQC Resultados Correntes [V] v Ard i Ard i Brd i Crd 1 v AZ [A] v Brd -1-15,15,16,17,18,19,2 Tempo (s) 1 v BZ v Crd v AZ : 126,9 V e TDH = 3, %; v BZ : 126,8 V e TDH = 3, %; v CZ : 127,1 V e TDH = 3, %. 1 v CZ -1,5,1,12,18 t(s) 1 on 2 e 3 on FAS 3 off 17