A possibilidade de cooperação entre os conversores instalados no PAC é demonstrada por meio de medidas tomadas no sistema mostrado na Figura 6.7. Este sistema é semelhante ao sis-
tema mostrado na Figura 6.3, com a diferença que a carga 1 apresenta = 95Ω. A potência rea- tiva nominal da carga 1 é de 600 var e a potência ativa de 385 W. A potência reativa da carga 2 é aproximadamente 50 var e a potência ativa de 330 W. O capacitor, % = 40 uF, é conectado ao PAC para compensar parte da potência reativa das cargas. A potência reativa nominal do capaci- tor é 250 var.
Figura 6.7 - Sistema com operação coordenada dos CEPs.
Os valores reais das potências citadas acima dependem do valor RMS da tensão sobre as cargas. A tensão RMS varia de acordo com a carga e com a impedância da fonte, pois a carga drena uma determinada corrente que gera uma queda de tensão sobre a impedância da linha, di- minuindo o valor RMS da tensão, o que leva a diminuição da potência demandada pela carga. Este comportamento é ainda mais importante quando a carga é um retificador com filtro capaciti- vo, conforme Figura 6.4, uma vez que a potência demandada por esta carga é sensível ao valor de pico da tensão do PAC.
A Figura 6.8 mostra a evolução da potência aparente e do fator de potência medidos no ponto de acoplamento de cada um dos CEPs ( *, , * e ) e no ponto de acoplamento da microrrede ( e ). A Figura 6.9 mostra as formas de onda de tensões e correntes nos pontos de acoplamento durante cada um dos intervalos analisados. Os intervalos E& a EQ são definidos da seguinte maneira: Vg Rg Lg Ch PAC Lg2 Rg2 Lg1 Rg1 Ch1 Ch2 Carga 1 Carga 2 iG1 iG2 iF1 iF2 iG iL1 iL2 CEP1 CEP2 CPAC PAC2 PAC1
• E& → CEP1 e CEP2 desconectados, isto é, sem compensação;
• E* → CEP2 compensando apenas as harmônicas da carga 2, isto é, componente residual;
• E → CEP2 realizando compensação total dos distúrbios causados pela carga 2 (componen- te void e reativa);
• E) → CEP2 executando compensação total da carga 2 e CEP1 compensando apenas as
harmônicas da carga 1;
• E¼ → CEP1 e CEP2 executando compensação total da carga 1 e da carga 2; respectivamen-
te;
• EQ → CEP2 executando compensação total da carga 2 e CEP1 compensando totalmente as harmônicas e parcialmente os reativos da carga 1;
Análise do período T0 – Durante este período ambos os CEPs estão desconectados. Ape- nas o capacitor CPAC está conectado ao ponto de acoplamento da microrrede com a rede de distri- buição. A rede supre toda a potência demandada pelas cargas locais (Carga 1 e Carga 2), inclusi- ve as parcelas de potência relacionadas a distúrbios, isto é, parcela residual ( ) e parcela reativa ( ) da potência das cargas. O capacitor fornece parte da potência reativa demandada pelas car- gas.
Figura 6.8 – Operação coordenada para melhoria do fator de potência no PAC.
A
GAG1
A
G2125 VA/div
5 s/div
0,125/div
λ
G1λ
Gλ
G2T
1T
2T
3T
4T
5T
0Figura 6.9 – Detalhes das formas de onda da tensão e correntes durante as etapas de compensação coordenada.
Tabela 6.4 – Medidas durante cada etapa de compensação coordenada dos CEPs como FAPs
T0 T1 T2 T3 T4 T5 AG1 [VA] 756 758 759 739 449 495 AG2 [VA] 383 343 341 342 343 343 AG [VA] 943 885 863 851 830 780 PG1 [W] 388 388 387 411 448 429 PG2 [W] 325 339 341 342 343 343 PG [W] 724 737 740 763 797 778 QG1 [var] 606 607 608 613 16 245 QG2 [var] 53 54 0 0 0 0 QG [var] 417 420 367 373 -229 0 λG1 0,512 0,512 0,512 0,613 0,998 0,866 λG2 0,847 0,986 0,999 0,999 0,999 0,999 λG 0,767 0,833 0,858 0,897 0,959 0,998
Análise do período T1 – Neste intervalo, o CEP2 supre toda a potência residual demanda- da pela Carga 1, isto é, a corrente residual originada por tal carga deixa de circular pela rede, sen- do suprida pelo CEP1. Conforme dados da Tabela 6.4, nota-se que o fator de potência no PAC2, o qual é dado por , torna-se praticamente unitário. Isto ocorre devido à característica da Carga
T1 T2 T4 T5 T0 T3 vPAC 100V/div iG 10A/div iG1 10A/div iG2 5A/div vPAC 100V/div iG 10A/div iG1 10A/div iG2 5A/div a) b) c) d) e) f) 5 ms/div
2, a qual drena uma corrente altamente distorcida, originando um valor considerável de potência residual. Por outro lado, a carga demanda baixa potência reativa. Portanto, ao compensar a potên- cia residual, a qual responsável quase que pela totalidade dos distúrbios originados por esta carga, o fator de potência é melhorado substancialmente.
Análise do período T2 – O CEP2 mantém a compensação da parcela de potência residual e é adicionada a ordem de compensação da potência reativa. Isto faz com que o fator de potência no PAC2 se torne unitário. A carga 2, mostrada na Figura 6.4(b), é composta por um retificador monofásico com filtro capacitivo, por isso, demanda apenas uma pequena parcela de potência reativa. Logo, a compensação total de distúrbios atinge praticamente o mesmo resultado que a compensação apenas do conteúdo harmônico, isto é, compensação apenas da parcela residual da corrente da carga.
Análise do período T3 – Com o CEP2 realizando a compensação total dos distúrbios gera- dos pela Carga 2, o CEP1 é conectado ao PAC1 compensando a parcela residual da corrente da Carga 1. Nota-se uma melhora no fator de potência medido no PAC1 ( *), pois a potência apa- rente que circula pelo PAC1 diminui. Nota-se pela forma de onda da corrente que circula pelo PAC1 ( *), Figura 6.9(d), que a compensação das harmônicas faz com que a corrente apresente forma de onda similar à da tensão. A defasagem entre a tensão e a corrente no PAC1 é devida aos reativos da Carga 1, os quais não estão sendo compensados.
Análise do período T4 – O CEP2 é mantido na configuração anterior, ou seja, compensan- do totalmente os distúrbios causados pela Carga 2. Neste intervalo o CEP1 passa a realizar a compensação total dos distúrbios da Carga 1. Conforme mostrado na Figura 6.9(e), a corrente pelo PAC1 diminui, pois apenas a componente ativa da corrente da carga circula pelo PAC. As componentes relacionadas aos distúrbios são supridas integralmente pelo CEP1. A corrente *, que circula pelo PAC apresenta forma de onda idêntica à forma da tensão no PAC1. Entretanto, a corrente que circula pela rede de distribuição, isto é, pelo PAC está adiantada em relação à tensão no PAC. Isto se deve ao capacitor CPAC, que injeta reativos na rede, uma vez que as cargas com- pensadas apresentam comportamento resistivo e não demandam reativos. Desta forma, apesar do sistema estar completamente compensado, isto é, com * = = 1, o fator de potência na rede de distribuição não é unitário, pois a corrente reativa do capacitor circula pelo PAC.
Análise do período T5 – Para que seja obtido fator de potência unitário no PAC, a potência reativa da Carga 1 passa a ser parcialmente compensada pelo CEP1. O fator de reatividade dese-
jado para o PAC1 é ajustado para * = 0,86. Esta ação leva a um menor fator de potência me- dido no PAC1, pois cerca de 245 var deixam de ser compensados pelo CEP1, sendo compensados pelo capacitor instalado no PAC. Desta forma, o fator de potência do PAC é maximizado, isto é, torna-se unitário.
O valor de * que leva a uma potência reativa de 245 var é calculado através de (4.28) que define o fator de reatividade ( q). Neste caso, como toda a potência void está sendo com- pensada pelo CEP, apenas a potência reativa afeta o fator de potência, de forma que * = q*. O fator de reatividade é então calculado utilizando o valor da potência ativa no ponto de acopla- mento do CEP 1 ( *). São necessárias algumas iterações para atingir o valor desejado para a potência reativa, pois, conforme discutido anteriormente, como o CEP deixa de compensar parte dos reativos da carga, a queda de tensão na impedância da rede aumenta, diminuindo a tensão RMS sobre a carga, o que leva a um decremento na potência ativa demandada pela carga. Ao final do processo, chega-se ao valor do fator de potência ( * = q* =0,86), calculado utilizan- do * =429 W e * =245 var.
Esta análise de caso mostra que a estratégia de compensação flexível pode ser usada para melhorar os indicadores de QEE em qualquer ponto da microrrede analisada. A flexibilidade de ajuste dos fatores de reatividade e distorção facilita a realização da compensação coordenada com outros tipos de compensadores, permitindo a obtenção de valores desejados para os diversos índi- ces de qualidade.
Em geral, reativos podem ser compensados com capacitores e SVCs, os quais são disposi- tivos economicamente mais atrativos para tal compensação. Por outro lado, a compensação de harmônicas requer a utilização de dispositivos mais complexos, geralmente dispositivos chavea- dos em alta frequência. Desta forma o cenário mostrado acima é coerente, pois as harmônicas são compensadas pelo CEP multifuncional, enquanto os reativos são compensados por outros dispo- sitivos. Eventualmente, conforme mostrado na análise, os CEPs podem complementar a compen- sação dos reativos de forma a obter um sistema com comportamento resistivo proporcionando alto fator de potência e baixa distorção harmônica.