Controle de tensão

Nesta etapa foi considerado o mesmo comportamento descrito na subseção 5.2.1, ou seja, K1desabilitado e K2habilitado. Com isso, inciando o sistema fotovoltaico com apro-

ximadamente 30% da sua potência nominal e no instante t = 3 s a estrutura fotovoltaica passa a injetar sua potência nominal na rede elétrica. O objetivo desta etapa é analisar o controle da tensão do capacitor do filtro frente ao sistema com acoplamento e sem aco- plamento. Dessa forma, considerando a relação X_R = 2, 90, o que implica em uma rede com características predominantemente indutivas, foi medido a potência ativa e reativa no PAC conforme apresentado na Figura 5.6. Contudo, neste trabalho não é utilizada

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uma estrutura de sincronização para efetivar o controle de tensão, o que pode resultar em pequenas oscilações nas variáveis de saída do PAC. Dessa forma, a partida do sistema ocorre apenas com o controle de corrente e em t = 1 s o controle de tensão é adicionado à estrutura de controle do sistema fotovoltaico. Como ilustrado na Figura 5.6, a imposição de forma abrupta do controle de tensão resulta em uma variação nas potências ativa e re- ativa. Entretanto, devido a característica da linha, essa variação se torna mínima quando comparada ao comportamento abrupto do sistema fotovoltaico no instante t> 3 s (Figuras 5.6(a) e 5.6(b)).

Figura 5.6: Comportamento das potências utilizando o controle de tensão e de corrente e uma rede com característica indutiva:a) potência ativa de saída do sistema fotovoltaico aferida no PAC; b) potência reativa de saída do sistema fotovoltaico aferida no PAC.

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penetração, entre 1 e 3 segundos, com uma tensão de referência de 220 V (Figura 5.7(e)), o controle de tensão manteve a tensão nominal no PAC. Contudo, a reposta do controle de tesão, quando o sistema está operando em alta penetração na rede elétrica, apresentou um erro de aproximadamente 1 V, mas manteve a tensão num limiar aceitável.

Figura 5.7: Comportamento da tensão e corrente utilizando o controle de tensão e de corrente e uma rede com característica indutiva: a) corrente da fase a do PAC; b)tensão da fase a do PAC; c) módulo do vetor tensão do PAC.

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reativa se manteve basicamente a mesma, ao utilizar o controle de tensão para manter a tensão dentro de um limiar aceitável torna-se necessário consumir reativo da rede elétrica para melhorar o controle de tensão do PAC (Figura 5.6(b)). Portanto, para consumir o reativo mínimo necessário é importante garantir um nível de acoplamento ideal entre a rede elétrica e o sistema fotovoltaico.

Figura 5.8: a) Comportamentos da potência ativa e reativa frente ao acoplamento utili- zando o controle de tensão e de corrente: a) Potência ativa no PAC; b) potência reativa no PAC.

Ao utilizar a conexão do sistema com suas características reais, ou seja, com a re- lação X_R = 0, 597 apresentando um acoplamento direto entre as potências ativa e reativa, e fazendo a mesma análise anterior quanto ao controle de tensão e a variação da fonte

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primária de geração, resultou em uma oscilação das potências ativa e reativa ilustrada na Figura 5.8. A oscilação nas potências é proveniente do controle de tensão frente a característica da linha. Portanto, fica claro a influência da impedância da linha ou do ali- mentador no sistema de controle, bem como a necessidade de melhorar o comportamento transiente dos sistemas fotovoltaicos a variações da fonte primária de geração. Essas osci- lações podem ser contornadas elevando-se o nível indutivo no ponto de conexão, ou seja, aumentando o valor resultante da relação X_R.

A oscilação na potência ativa está diretamente ligada com a oscilação na corrente de referência imposta ao controle de corrente utilizando a relação X_R = 0, 597. Na Figura 5.9 são apresentados os sinais de tensão e de corrente no PAC. Em t = 1 s o controle de tensão é imposto resultando em uma variação pouco atenuada na corrente entregue a rede (Figura 5.9(a)). No instante em que o sistema fotovoltaico injeta sua potência nominal na rede elétrica, o controle de tensão mantém a tensão dentro de um limiar aceitável (Figura 5.9(c)). Contudo, ocorre uma elevação na potência reativa consumida (Figura 5.8(b)). Observa-se que a potência reativa consumida, ao adicionar o controle de tensão, é em torno de 1,5 kVar (Figura 5.8(b), t<3 s), contudo, esse valor aumenta para 6 kVar no instante t >3 s. Esse fator é claramente explicado devido ao aumento da injeção de potência ativa no PAC, ou seja, baixos níveis de penetração (Figura 5.8(a), t<3 s) resultam uma influência baixa na tensão do PAC (Figura 5.9(c), t<3 s), dessa forma a tensão no PAC é mantida pela rede elétrica. Nesse sentido, ao elevar a potência ativa, a tensão do PAC, devido ao acoplamento, eleva-se, e, para retornar ao seu valor nominal de 220 V, um valor maior de potência reativa é consumida da rede elétrica (Figura 5.8(b), t>3 s).

Mediante isso, nos resultados obtidos com a utilização do controle de tensão foi possí- vel manter o fluxo de potência contínuo e o nível de tensão do PAC aceitável. Entretanto, tanto o controle de tensão quanto o controle de corrente necessitam operar suavizando as variações bruscas de tensão e de corrente objetivando a sua operação em modo ilhado ou conectado à rede elétrica. Dessa forma, visando contornar esses problemas e comporta- mentos torna-se necessário incluir nas estruturas de controle convencionais de corrente e de tensão uma estrutura adicional que ofereça aos mesmos uma resposta suave a transições de potência da fonte primária. Dessa forma, nas Subseções posteriores são apresentados os resultados do sistema fotovoltaico utilizando a estrutura de MSV.

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Figura 5.9: Comportamentos da tensão e corrente, utilizando o controle de tensão e de corrente do PAC frente ao acoplamento: a) corrente da fase a ao introduzir o controle de tensão; b) corrente da fase a ao ocorrer uma variação brusca da fonte primária; c) módulo do vetor tensão do PAC mediante a conexão do controle de tensão e variação brusca da fonte primária.

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