Esta seção propõe uma estratégia de limitação da corrente de saída do CEP a fim de evitar que o pico da corrente supere o máximo valor suportável pelo CEP.
Quando o CEP opera como dispositivo multifuncional, a corrente de saída é composta por uma parcela de corrente ativa, a qual está relacionada à fonte de energia local e parcelas de corren- te reativa e harmônica, necessárias para compensação dos distúrbios causados pela carga. Deseja- se que a injeção de corrente ativa seja mantida sem qualquer tipo de limitação, permitindo extrair a máxima quantidade de energia possível da fonte local. Como não é conveniente limitar a injeção de corrente ativa, a alternativa é limitar a corrente de compensação de distúrbios.
A Figura 5.9 exibe o sistema de controle e geração de correntes de referência para o con- versor multifuncional ressaltando a estratégia proposta para limitação da corrente no CEP. O con- trole da tensão do barramento CC e o controle da corrente do conversor não são alterados e funci- onam conforme mostrado nos capítulos anteriores. Nota-se que a estratégia de limitação da corren- te no CEP atua gerando um fator de ponderação, ¢ C, para a referência de corrente para compen- sação de distúrbios, 1M•r∗ .
As principais variáveis mostradas na Figura 5.9 são:
• /C∗ → Corrente de referência para manter o barramento CC carregado; • ∗ → Referência de corrente para o conversor;
• C → Corrente não-ativa relacionada aos distúrbios causados pela carga;
• ∗_q•¡ → Corrente de referência se fossem compensados todos os distúrbios da carga; • ∗_q•¡_ → Valor de pico de ∗_q•¡;
• → Corrente medida na saída do CEP. Sendo, _q•¡ ∗ = /C∗ ? ∗ ? C, (5.8) 1M•r∗ = ¢ C ⋅ C, (5.9) ∗ = /C∗ ? ∗ ? 1M•r∗ . (5.10)
Figura 5.9 - Sistema proposto para limitação da corrente de pico na saída CEP.
A corrente que seria sintetizada pelo CEP no caso em que fosse realizada compensação to- tal dos distúrbios, ∗_q•¡, passa pelo detector de pico resultando no pico de corrente, ∗_q•¡_ . O detector de pico atua de forma a identificar o maior valor de corrente em cada semiciclo da rede. Uma vez identificado, o pico de corrente é limitado, por meio do saturador, ao máximo valor de
corrente que o CEP pode processar, o qual é dado por _@ ¸. Este valor máximo da corrente pode ser obtido das especificações do conversor, as quais podem ser fornecidas pelo fabricante do equipamento. Um filtro passa-baixas é usado para atenuar oscilações no valor de pico da corrente. Então, o pico de corrente que circularia pelo CEP ∗_q•¡_ _FCH, considerando a máxima capacidade de corrente do CEP, é comparado com o pico da corrente que realmente circula pelo CEP, dado por _ . O erro é processado pelo controlador proporcional integral, resultando no fator ¢ C que pondera a referência de corrente 1M•r∗ .
Se o pico da corrente que deveria circular pelo CEP, garantindo compensação total dos dis- túrbios, for menor que a máxima corrente permitida, a saída do PI se anula, resultando em ¢ C = 1, o que leva à compensação total dos distúrbios.
5.3.1 Simulações
A simulação da estratégia de controle com limitação da corrente sintetizada pelo CEP é ba- seada no sistema mostrado na Figura 2.1, o qual é caracterizado pelos dados da Tabela 2.1. Nesta simulação, a capacidade de potência do CEP em questão é _² = 900 VA. Por consequência, a corrente de pico nominal do CEP é de 10 A. Logo, a corrente máxima que o CEP suporta é
_@ ¸ = 10 A.
Os resultados da simulação estão expostos na Figura 5.10 que mostra a dinâmica da cor- rente pelo CEP e o fator de potência da rede, enquanto que os detalhes da decomposição das po- tências da carga, da rede e do CEP são mostrados na Figura 5.11.
A simulação tem início com o CEP desligado, isto é, não realizando injeção de potência ativa na rede nem compensação de distúrbios. Toda a potência (ativa e não-ativa) demandada pela carga é suprida pela rede, então = , = e = . Logo, neste intervalor (ˆ < 0,5 s) o fator de potência da rede é igual ao fator de potência da carga ( = 0,46).
Em ˆ = 0,5 s é iniciada a operação do CEP apenas como IEP, sendo injetados 800 W de potência ativa na rede (oriundos da FLE). Logo, uma corrente com pico de 8,9 A é sintetizada pelo CEP. O fator de potência medido na rede é baixo ( = 0,54), pois a rede continua fornecendo as correntes/potências reativa e residual (relacionada às harmônicas) demandadas pela carga. Pelo CEP circula apenas a potência gerada pela fonte local
Durante o intervalo 1 " g ˆ g 1,5 ", o CEP continua injetando a potência ativa gerada pela FLE. Porém, é agregada a função de compensação dos distúrbios causados pela carga, caracteri- zando a operação multifuncional do CEP (FAP e IEP simultaneamente). Com o CEP suprindo toda a potência não-ativa da carga (conforme Figura 5.11), tem-se que = e = , resultando em fator de potência unitário na rede, pois = | | = | ? |. Nota-se que a corrente necessária para realizar a injeção de potência e compensação total dos distúrbios apresen- ta um pico de 15 A, violando o limite de corrente estabelecido para o CEP.
Em ˆ = 1,5 s é acionada a estratégia de limitação da corrente. O pico da corrente do CEP converge para o valor de 10 A ( _@ ¸). Para injetar a potência gerada pela FLE na rede (800 W), é necessário sintetizar uma corrente com 8,9 A de pico (conforme mostrado no intervalo 0,5s<ˆ<1s em que o CEP opera apenas como IEP). Logo, para respeitar a capacidade de corrente do CEP que é de 10 A, resta uma margem de 1,1 A para a realização da compensação de distúr- bios. Apesar de pequena, esta margem permite obter um fator de potência de 0,65, que é melhor que o fator de potência obtido quando o CEP atua apenas como IEP (0,54).
Figura 5.10 - Simulação do sistema de limitação da corrente de saída do CEP. Corrente de pico nominal de 10 A.
I
F_pi
Fλ
G
Tempo (s)
I
CEP_MAXCEP
desligado
CEP como IEP
FAP e IEP
FAP e IEP
I
CEP_MAX= 10 A
Figura 5.11 - Detalhe das potências para a situação de limitação da corrente na saída do CEP.
Conforme esperado, a limitação da corrente leva à limitação da potência processada pelo CEP, com a vantagem de garantir a operação do conversor respeitando a capacidade nominal e a corrente nominal do mesmo.
A
CEPA
LA
GP
CEPP
LP
GQ
CEPQ
LQ
GD
CEPD
LD
GCEP desligado CEP como IEP
FAP e IEP
Tempo (s)
FAP e IEP
I
CEP_MAX= 10 A
5.3.2 Resultados Experimentais
Assim como o sistema usado nas simulações, o protótipo usado para obtenção dos resulta- dos experimentais foi implementado conforme Figura 2.1, considerando os parâmetros da Tabela 2.1. Neste teste, o CEP opera de forma multifuncional injetando potência ativa na rede e compen- sando distúrbios.
A Figura 5.12 mostra a dinâmica da corrente pelo CEP ( ) e do fator de potência na rede ( ) devido à utilização da estratégia de limitação da corrente. Antes da limitação de corrente ser acionada, o pico da corrente pelo CEP era de 13,5 A, sendo que o CEP operava de forma multi- funcional, injetando potência ativa na rede e realizando a compensação total dos distúrbios, resul- tando em fator de potência unitário no lado da rede ( = 1). Com a limitação da corrente do CEP ativada, o pico da corrente pelo CEP é reduzido para o máximo valor admitido, isto e _ =
_@ ¸ =10 A, levando à compensação parcial dos distúrbios que causa a deterioração no valor
do fator de potência. Entretanto, é interessante salientar que, mesmo com a limitação de potência habilitada, o fator de potência resultante no lado da rede ( =0,45) é melhor que o fator de po- tência que seria obtido se o CEP fosse usado apenas para injetar potência ativa na rede ( =0,37).