As três topologias consideradas nas simulações correspondem à de suprimento de energia ao barramento CC sem fonte adicional e às duas topologias que fazem esse suprimento através da própria rede sob distúrbio,
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sendo que uma a montante do transformador série, e a outra a jusante do mesmo.
Os elementos que compõem as topologias consideradas nas simulações foram dimensionados de forma que tais configurações de DVR estejam aptas a compensarem os distúrbios elétricos mais severos e de maiores durações. Porém, apesar de o capítulo 3 ter demonstrado que, para uma mesma aplicação, cada uma dessas topologias pode requisitar dimensionamentos distintos dos seus elementos, tais diferenciações não foram aqui completamente implementadas. Dessa forma, todas as vantagens e desvantagens relativas às configurações de DVR ficam mais evidenciadas, evitando assim que haja um comprometimento na comparação do desempenho das topologias, análogo ao que foi feito na referência [6]. Com isso, certos elementos do DVR apresentaram características idênticas nas três topologias, e outras distintas entre si, como se segue:
• Barramento CC: Como foi descrito no capítulo 3 desta dissertação, para uma determinada aplicação, cada uma das topologias deve requisitar níveis de tensão operacional e/ou capacitância do barramento CC diferenciados. Neste sentido, apesar da topologia com suprimento através da rede, a jusante do transformador série, necessitar de níveis de capacitância e de tensão CC comparativamente inferiores, o mesmo foi simulado com os valores dessas grandezas idênticos aos das outras duas topologias.
• Inversor de Frequência: Como foi visto no capítulo 3, o inversor de freqüência necessita de valores específicos de potência nominal em cada topologia. Apesar de os modelos simulados levarem em consideração essa distinção na potência nominal do conversor VSI- PWM, sua freqüência de chaveamento e o valor de capacitância do
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filtro puramente capacitivo conectado ao inversor foram idênticos nas três topologias.
• Transformador Série: Análogo ao dimensionamento do inversor de freqüência, o transformador série também foi considerado nas simulações com valores diferenciados de potência nominal nas três topologias, porém manteve a mesma relação de transformação e os mesmos valores percentuais de resistência e reatância equivalentes. • Sistema de Controle e Filosofia de Compensação: O sistema de
controle utilizado nas simulações é o mesmo para as três topologias. Dessa forma, como as três topologias foram simuladas com sistemas de controle completamente idênticos, não houve a preocupação de se implementar uma filosofia de compensação com injeção mínima de potência ativa ou mínima de potência aparente, análogo ao que foi descrito nos itens 3.4.2 e 3.4.3.
• Conversor CA-CC: As duas topologias que necessitam de conversor CA-CC conectado em derivação no sistema foram simuladas considerando um retificador de 6 pulsos não-controlado com potências nominais distintas em cada configuração de DVR.
• Filtro Harmônico Sintonizado: As mesmas topologias citadas anteriormente adotaram a conexão de um filtro sintonizado na freqüência de 5ª harmônica, para minimizar as distorções na tensão do sistema provocadas pela operação do retificador de 6 pulsos. Em situações específicas, as taxas de distorção harmônica se aproximaram, mas não chegaram a exceder os limites expressos pelos Procedimentos de Rede do ONS [3] e pelos Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica da Aneel [27]. Com a inserção do filtro, que foi ligado em estrela aterrada nos mesmos terminais do retificador, as taxas de distorção percentual se reduziram significativamente, melhorando
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assim o desempenho de todo o sistema, como será mais bem detalhado nos itens 4.4.2.1 e 4.4.3.1, a seguir.
Para efeito de simplificação, cada uma das topologias de DVR simuladas receberá uma denominação específica, de acordo com a tabela 4.7 a seguir:
Tabela 4.7 – Denominação das topologias de DVR simuladas Denominação Tipo de suprimento ao barramento CC
Topologia 1 Sem fonte adicional de energia Topologia 2 Através da própria rede, à montante do transformador série
Topologia 3 Através da própria rede, à jusante do transformador série
A configuração básica das topologias 1, 2 e 3 são respectivamente ilustradas a seguir:
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Figura 4.3 – Topologia 2: DVR com suprimento de energia ao barramento CC através da própria
rede, à montante do transformador série.
Figura 4.4 – Topologia 3: DVR com suprimento de energia ao barramento CC através da própria
rede, à jusante do transformador série.
Os dados dos componentes que compõem as topologias do restaurador dinâmico de tensão são apresentados nas tabelas 4.8 a 4.9 a seguir:
Tabela 4.8 – Parâmetros do inversor VSI-PWM Valor Parâmetro
Topologia 1 Topologia 2 Topologia 3
Freqüência de chaveamento 6 kHz
Potência nominal 4 MVA 4 MVA 8 MVA
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Tabela 4.9 – Parâmetros do transformador série Valor Parâmetro
Topologia 1 Topologia 2 Topologia 3
Relação de transformação 1:1
Potência nominal 8 MVA 8 MVA 16 MVA
Resistência percentual 0,7%
Reatância percentual 6%
Tabela 4.10 – Parâmetros do barramento CC
Parâmetro Valor
Tensão no barramento CC 19516 V
Capacitor 75 mF
Tabela 4.11 – Parâmetros do retificador de 6 pulsos Valor Parâmetro
Topologia 2 Topologia 3
Potência nominal 4 MVA 8 MVA
Tabela 4.12 – Parâmetros do filtro sintonizado na 5ª harmônica Valor Parâmetro Topologia 2 Topologia 3 Resistência 0,05 Ω Indutância 8,77 mH Capacitância 32,09 µF
Os valores da potência do inversor para as topologias 1, 2 e 3 foram calculados a partir das equações (3.18), (3.24) e (3.29), respectivamente, considerando o valor da potência nominal da carga sensível, descrito na tabela 4.5, e um afundamento trifásico para 0,5 pu.
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Os parâmetros do transformador série utilizado em cada topologia seguiram os critérios e recomendações descritos no item 3.5.3. A relação de transformação adotada de 1:1 é a mais apropriada e corresponde à relação mais freqüentemente utilizada e referida na literatura técnica. O valor da potência nominal do transformador série de cada topologia foi determinado de forma que seja superior à potência do respectivo inversor. Por isso, tal valor foi equivalente ao dobro da potência nominal do inversor, analogamente ao que ocorre nos projetos de DVRs comercialmente disponíveis [8]. Finalmente, para que haja uma minimização das perdas e das quedas de tensão, foram considerados baixos valores de resistência e reatância percentuais dos transformadores série.
O nível de tensão operacional adotado para o barramento CC nas três topologias corresponde ao valor de pico da tensão de 13,8 kV, equivalente a 19,516 kV, que é aproximadamente o nível de tensão que o retificador de 6 pulsos promove no barramento CC das topologias 2 e 3, em condições normais de operação.
Baseado na tensão CC operacional adotada, o valor da capacitância foi
determinado de forma que o nível de tensão no barramento, durante e após a mitigação de um afundamento de tensão, nunca decaia mais do que 50% em qualquer uma das 3 topologias consideradas, ou seja, nunca fique com valor inferior a 9758 V. Abaixo desse nível, não há uma garantia de que o inversor de freqüência conseguirá sintetizar uma tensão complementar satisfatória para a plena mitigação do distúrbio.
O conversor CA-CC utilizado nas topologias 2 e 3 corresponde ao retificador de 6 pulsos não-controlado, que representa uma alternativa com menor custo de aquisição e menor complexidade operacional. Os valores das potências nominais do retificador das topologias 2 e 3 foram obtidos a partir das equações (3.25) e (3.29), respectivamente, considerando o valor da
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potência nominal da carga sensível, descrito na tabela 4.5, e um afundamento trifásico para 0,5 pu.