Este capítulo foi dedicado às análises computacionais de desempenho de três diferentes topologias de DVR: sem suprimento de energia ao barramento CC, com suprimento através da própria rede sob distúrbio à montante do transformador série (ou do lado da fonte do sistema) e com suprimento através da própria rede sob distúrbio à jusante do transformador série (ou do lado da carga do sistema).
Para tanto, fez-se uma descrição completa do sistema elétrico considerado nas simulações computacionais, dos critérios de dimensionamento dos componentes de cada uma das topologias, seguida da apresentação dos resultados de desempenho das configurações de DVR na compensação de um afundamento de tensão e uma elevação de tensão, com intensidades definidas e tempos de duração de 0,5 segundo. Finalmente, fez- se uma análise comparativa do desempenho dessas topologias na compensação dos distúrbios elétricos apresentados e de outros afundamentos e elevações de tensão com variados graus de severidade e duração, seguida de uma análise de desempenho das topologias.
De maneira geral, as seguintes conclusões podem ser tiradas a respeito de cada uma das topologias:
• Topologia 3: Das três topologias consideradas nas simulações, é a que apresentou o melhor desempenho geral na compensação de afundamentos e elevações de tensão. Porém, a sua aplicabilidade envolve custos elevados relacionados à sua aquisição,
Dissertação de Mestrado 171
principalmente se houver a necessidade de inserção de filtro harmônico no sistema, como uma conseqüência da distorção harmônica provocada pelas correntes não-senoidais do seu retificador.
• Topologia 2: Apesar de possuir conexão do barramento CC com o sistema sob distúrbio, na ocorrência da maioria dos afundamentos de tensão essa conexão só servirá para que haja o imediato re-carregamento do capacitor CC ao término do distúrbio, não auxiliando portanto no aprimoramento da capacidade da topologia na compensação. A exceção ocorre quando o afundamento de tensão é severo ou duradouro o suficiente para que o nível CC do barramento coincida com o valor de pico da tensão sob distúrbio. São nessas situações específicas que a compensação promovida pela topologia 2 supera a da topologia 1. Porém, assim como a topologia 3, também é causadora de distorções harmônicas no sistema.
• Topologia 1: Como não possui qualquer suprimento adicional de energia ao barramento CC, apresentou baixa eficiência na compensação de afundamentos de tensão severos ou duradouros. É a topologia que apresenta o menor custo de manutenção e menor complexidade operacional. Por isso, pode ser a opção de topologia mais viável para aplicações em sistemas elétricos com incidência de afundamentos menos severos e duradouros. A aplicação dessa topologia na mitigação de afundamentos severos ou duradouros acarretará em aumento do custo dos seus dispositivos de potência, uma vez que necessitará de níveis de tensão e capacitância CC relativamente altos. A aplicação de alta freqüência de chaveamento do inversor VSI-PWM é a garantia
172 Dissertação de Mestrado
de que essa configuração de DVR não gerará distorções harmônicas nas redes elétricas.
Baseado nas características de desempenho das topologias descritas anteriormente é fácil concluir que a decisão pela melhor aplicação em um determinado sistema deve ser feita não só em função do seu desempenho, mas também das características da rede elétrica, das características dos distúrbios ocorridos no mesmo, dos impactos que tais distúrbios causam em equipamentos e processos e dos custos de aquisição e manutenção de cada configuração de DVR.
Vale ressaltar, porém, que o desempenho geral das topologias pode ser aprimorado através de um estudo aprofundado do sistema de controle. Tal estudo pode ser focado na otimização das malhas de controle, para aprimoramento do tempo de resposta em estudos dinâmicos [4], por exemplo, na adoção de outras filosofias de detecção e compensação dos distúrbios elétricos, ou no aprimoramento da tecnologia de suprimento de energia ao barramento CC do DVR.
Como exemplo de estudo de melhoria do suprimento de energia ao barramento CC pode-se citar a adoção de retificador controlado na topologia 2, com o intuito de controlar a tensão do capacitor CC durante a ocorrência do afundamento de tensão. Com essa implementação, a topologia 2 terá o seu desempenho como compensador de distúrbios aprimorado [6], podendo se equiparar ao da topologia 3, sem necessitar, porém, de elementos com níveis de potência mais elevados.
O sistema de controle utilizado nas simulações originalmente não foi concebido para a compensação de distúrbios elétricos desequilibrados, tais como afundamentos desequilibrados de tensão e desequilíbrios de tensão [4].
Dissertação de Mestrado 173
Por isso, devido a essas limitações, os afundamentos de tensão desequilibrados não foram considerados nesses estudos.
Finalmente, a observação feita sobre a viabilidade econômica da aplicação de cada topologia de DVR tratou a questão da relação custo/benefício de forma genérica, sem contextualizar com a realidade econômica e tecnológica de um país específico. Caso tais análises fossem feitas no contexto nacional, é claro que, para a maioria das empresas, a aplicação de tal tecnologia, na média ou até na baixa tensão, seria inviável economicamente. Tal situação é justificada pelo fato do DVR ainda ser uma tecnologia em desenvolvimento nas potências econômicas, cujos primeiros modelos estão disponibilizados no mercado há pouco tempo, resultando em um equipamento com custo de aquisição elevado para os padrões brasileiros, aliada ao fato de ser uma tecnologia ainda pouco difundida nacionalmente, apesar de haverem alguns protótipos de baixa tensão concluídos ou em desenvolvimento em institutos de pesquisa e instituições acadêmicas nacionais.
Dissertação de mestrado 175