Operação do FAP com Alteração de Cargas

Neste teste foi simulada a entrada e saída de cargas no sistema monofásico. Na Figura 3.35 são apresentadas as cargas usadas nesta simulação, é utilizado um retificador com carga RC e outro com carga RL. Na Tabela 3.13 encontram-se os valores dos componentes utilizados nas duas cargas.

Figura 3.35 – Esquema elétrico das duas cargas utilizadas nesta simulação. Tabela 3.13 – Valores dos componentes utilizados nas duas cargas.

Componente Valor LL1 2 mH LL2 70 mH RL1 16 Ω LL3 2 mH CL 1000 µH RL2 26 Ω

Na Figura 3.36 pode-se visualizar as correntes do sistema monofásico, onde até ao instante 2,5 s apenas está ligada uma carga ao sistema, o retificador com carga RL, sendo de seguida ligada a segunda carga, um retificador com carga RC. Na Figura 3.36 (a) pode-se ver a corrente na carga, sendo possível visualizar o pico de corrente de cerca de 160 A provocado pela entrada da segunda carga. Este pico de corrente pode ser suficiente por exemplo, para atuar indevidamente elementos de proteções do sistema monofásico.

LL1 RL1 LL2 CL RL2 LL3

Capítulo 3 – Simulações do Filtro Ativo Paralelo Monofásico

Na Figura 3.36 (b) é apresentada a corrente na fonte com a compensação do FAP monofásico, podendo-se constatar que no instante em que é ligada a segunda carga à rede elétrica, o pico de corrente foi diminuído pela ação do FAP para cerca de 70 A, o que representa mais uma vantagem na utilização do mesmo. Por outro lado, este valor elevado de corrente, causado pela entrada de uma nova carga no sistema, vai provocar uma corrente significativa no inversor. Essa corrente pode ser suficiente para provocar a destruição do mesmo. Na Figura 3.36 (c) é possível apurar que a corrente máxima injetada pelo FAP monofásico é aproximadamente 120 A.

Figura 3.36 – Correntes no sistema monofásico com a alteração de cargas, utilizando a compensação do FAP: (a) Corrente na carga; (b) Corrente na fonte; (c) Corrente de referência e de compensação

injetada pelo FAP.

Na Figura 3.37 pode-se observar a variação da tensão do barramento CC no instante em que é ligada a segunda carga ao sistema, como se pode constatar a tensão diminui drasticamente devido à elevada corrente injetada pelo inversor.

Capítulo 3 – Simulações do Filtro Ativo Paralelo Monofásico

Figura 3.37 – Tensão no barramento CC no instante em que é ligada a segunda carga ao sistema. Caso o inversor não esteja preparado para injetar uma corrente tão elevada, mesmo sendo num curto espaço de tempo, uma forma simples de solucionar esse problema consiste em limitar a corrente de referência calculada para a compensação. Assim, se a corrente calculada ultrapassar um certo valor, é limitada, fazendo com que a corrente injetada pelo inversor não tome valores que o possam danificar.

Na Figura 3.38 pode-se ver as correntes no sistema com o FAP a compensar as mesmas cargas do caso anterior, mas neste teste foi implementado um limite na corrente de referência de 30 A. Como de pode observar na Figura 3.38 (b), com a entrada da segunda carga no instante 2,5 s, a corrente do inversor não ultrapassou a corrente máxima permitida pelo controlo, fazendo com que este não se danifique por excesso de corrente, em contrapartida não ajuda à diminuição do pico de corrente transitório. Na Figura 3.38 pode ver-se que após a entrada da segunda carga no sistema, a corrente na fonte recupera a sua forma sinusoidal em cerca de dois ciclos da rede elétrica.

Figura 3.38 – Formas de onda das correntes no sistema, com limitação da corrente do FAP: (a) Corrente na fonte com o FAP ligado; (b) Corrente de referência e de compensação no FAP, limitada aos 30 A.

Capítulo 3 – Simulações do Filtro Ativo Paralelo Monofásico

Por fim, foi realizada uma simulação com as mesmas cargas, mas neste caso as duas cargas estão ligadas ao sistema monofásico, e no instante 2,5 s foi desligada a carga constituída por um retificador com RC na saída. Na Figura 3.39 (a) é apresentada a corrente na carga, é possível ver no instante 2,5 s a corrente a mudar a sua forma devido à saída de uma das cargas. Na Figura 3.39 (b) é mostrada a corrente na fonte com a compensação do FAP, podendo-se constatar que decorrido cerca de um ciclo a corrente volta a estar perfeitamente sinusoidal em fase com a tensão da rede elétrica.

Figura 3.39 – Formas de onda da corrente no sistema: (a) Na carga, com saída de uma das cargas no sistema monofásico; (b) Na fonte com compensação do FAP.

Na Figura 3.40 pode-se visualizar a tensão no barramento CC do inversor, ao contrário do mostrado anteriormente, neste caso quando a carga sai do sistema a tensão no barramento CC têm tem um ligeiro aumento, sendo necessário tomar precauções para que não seja ultrapassada a tensão máxima permitida pelos condensadores, constituintes do barramento CC do inversor.

Capítulo 3 – Simulações do Filtro Ativo Paralelo Monofásico

3.8. Conclusão

Neste capítulo recorrendo à ferramenta de simulação PSIM, foi comprovado o funcionamento teórico do Filtro Ativo de Potência (FAP) monofásico a compensar problemas de Qualidade da Energia Elétrica (QEE) na corrente, com diferentes tipos de cargas ligadas ao sistema monofásico. Para as diferentes cargas simuladas foram mitigadas praticamente todas as harmónicas da corrente, fazendo com que a THD na corrente da fonte para as diferentes cargas diminua drasticamente, após a compensação efetuada pelo FAP monofásico, ficando com valores próximos ou abaixo da unidade percentual. Da mesma forma, nas cargas com presença de potência reativa, esta foi reduzida, significando assim que o fator de potência foi minimizado.

Nas simulações do FAP foram utilizadas diferentes técnicas de comutação, foi testado o funcionamento deste com o controlo preditivo e controlo PI, e em ambas as técnicas os resultados obtidos foram muito aproximados, o que mostra que a performance das duas técnicas é muito análoga. Como a performance das duas técnicas é idêntica, o controlo preditivo destaca-se em relação ao controlo PI devido à não necessidade de ajustar ganhos, nem alterar parâmetros dependendo da carga a compensar.

Por último, foi testado o funcionamento do FAP com a entrada e saída de cargas no sistema em que este se encontra inserido. Após a entrada ou saída de uma nova carga, a corrente na fonte volta a ficar sinusoidal e em fase com a tensão, em cerca de dois ciclos da rede. No caso em que a carga ao entrar no sistema provoque um pico elevado de corrente, o FAP ajuda na diminuição desse pico. Contudo, caso o inversor não suporte determinados valores elevados de corrente, que podem surgir transitoriamente na entrada de cargas no sistema, podem ser introduzidos limites na corrente de referência, fazendo assim com que o inversor não gere correntes demasiado elevadas que o possam danificar.