Conclusões Gerais

Este trabalho apresentou o estudo, a análise, o controle e a implementação experimental de um Condicionador Unificado de Qualidade de Energia (UPQC) monofásico, ainda não presentes na literatura segundo a abordagem utilizada. Dessa forma, explorou-se o método de compensação ativa de potência, série e paralela, de modo que o seu princípio de funcionamento é descrito de forma generalizada, além das principais características em termos da estratégia de controle dual empregada na compensação ativa de potência.

De uma forma específica, é apresentado o princípio de funcionamento do inversor ANPC 5 níveis, em conjunto com o modelo matemático teórico e chaveado, a modulação PH, também conhecida como LS, e o fluxograma de implementação da modulação em microcontrolador de ponto flutuante.

Além disso, foi apresentada a Teoria da Potência Conservativa, de forma geral para tensões e correntes, e a definição de termos de potência e de energia por fase, em condições senoidais, não senoidais e/ou assimétricas, desenvolvida no domínio do tempo e aplicada para a rede de distribuição senoidal, não-senoidal, balanceada e desbalanceada. Em seguida, utilizou-se a CPT de forma a extrair somente a componente fundamental da corrente da carga, aplicada no conversor série de potência como algoritmo de geração de referência de corrente.

Em seguida, foram apresentadas as modelagens matemáticas das plantas dos conversores estáticos de potência multiníveis série e paralelo, do elo CC e do desequilíbrio do elo CC, bem como dos modelos dos controladores. Na sequência, foram realizados os projetos dos controladores a partir da margem de fase e de frequência de cruzamento.

Foram apresentados os estudos sobre o fluxo de potência do UPQC, que ocorrem por meio dos conversores série e paralelo. As análises foram feitas para diferentes características, todas mostradas por meio das curvas normalizadas das potências aparentes dos conversores.

Como forma de comprovar a capacidade dos conversores de compensação ativa de potência, realizou-se a análise de estabilidade das malhas de controle do

conversor série de corrente e do conversor paralelo de tensão, para distúrbios envolvendo variações da corrente da carga, bem como variações da tensão da rede elétrica. A partir desta análise, comprovou-se que o dispositivo é estável para os respectivos ganhos dos controladores de ambos os conversores de potência.

Para a validação da proposta, foram apresentados os resultados de simulação do UPQC monofásico, em que as simulações computacionais foram realizadas por meio do software PSIM.

Os comportamentos estáticos e dinâmicos foram mostrados com a presença de distúrbios da rede elétrica, tais como harmônicos, afundamentos e elevações de tensões e degraus de carga.

De acordo com os aspectos construtivos e definidos, os modos de operação do UPQC, para ambos os conversores, sendo a estratégia de compensação dual, nota- se que a tensão de saída sempre será senoidal, regulada e com baixa taxa de distorção harmônica. Dessa maneira, os harmônicos, afundamentos e elevações de tensão, bem como perturbações da rede elétrica, sempre serão absorvidos pelo transformador de acoplamento série.

Sendo assim, observou-se que o transformador do conversor série de potência irá absorver de forma natural essas perturbações, por estar entre as tensões de entrada e de saída, que são indiretamente compensadas. Com isso, mostrou-se que não há necessidade de calcular qualquer referência de tensão de compensação para o conversor série de potência.

Como forma de verificar a aplicabilidade da proposta, foram apresentados os resultados por meio de ensaios experimentais obtidos a partir de um protótipo UPQC multinível monofásico com compensação ativa de potência série e paralela, de forma a validar todo o desenvolvimento teórico apresentado.

Os ensaios foram realizados considerando-se a utilização de uma carga não linear, constituída por um retificador em ponte completa a diodos com carga RL e RC. Foram apresentados os comportamentos estáticos e dinâmicos do UPQC, que mostraram desempenho satisfatório mediante a presença de distúrbios da rede de alimentação, tais como elevações e afundamentos de tensão, incidência de harmônicos, bem como degraus de carga. Dessa forma, o UPQC foi capaz de impor corrente senoidal e tensão senoidal e regulada, com correção do fator de potência, além da eliminação de harmônicos.

O comportamento dinâmico dos controladores de tensão do elo CC foi avaliado sob variações de carga, em que foram utilizados dois controladores, um para o controle total do elo CC, e outro para controle dos desequilíbrios de tensão do elo CC. Desse modo, foi possível se observar a eficácia de ambos os controladores, visto que eles se mantêm constantes e balanceados nos casos avaliados.

O fluxo de potência por meio dos conversores série e paralelo foram verificados observando-se a variação de amplitude da corrente de entrada, que é controlada pelo controlador do elo CC.

Os resultados experimentais mostraram tensões reguladas, com baixa taxa de conteúdo harmônico, corrente senoidal, com baixo conteúdo harmônico em fase com a tensão de entrada, resultando em elevado fator de potência.

O sistema UPQC proposto realizou de forma correta as reduções das taxas de distorções harmônicas na corrente de entrada, bem como na tensão de saída, realizando a supressão dos harmônicos. Além disso, observou-se que os valores obtidos das taxas totais de distorções harmônicas ficaram dentro das recomendações PRODIST do IEEE 519.

Com o intuito de eliminar diversos tipos de problemas relacionados a Qualidade de Energia, o UPQC implementado neste trabalho demonstrou sua eficiência a partir dos resultados obtidos por simulação, e confirmados nos resultados experimentais, além de mostrar que as estratégias de controle e algoritmos de compensação utilizados são apropriadas para este tipo de aplicação, contribuindo assim para eliminação dos distúrbios na rede elétrica.