Todos os controladores de carga e dispositivos de proteção estão abrigados dentro do quadro geral de distribuição, medição e comando. O QGD abriga também os circuitos de medição e comando desenvolvidos para esta aplicação, uma vez que os principais pontos de medição da NDCC passam por este quadro, bem como os circuitos para acionamentos das cargas. O QGD está localizado dentro do centro de conexões apresentado na Figura 2.17, abrigado e com fácil acesso para realização de manutenções, alterações e medições pontuais. A Figura 2.19 apresenta uma vista interna do QGD, especificando os principais componentes abrigados no quadro.
Figura 2.19 – Vista interna do QGD da NDCC.
2.5.1. Monitoramento do sistema
O sistema de monitoramento desenvolvido para a NDCC permite a aquisição de dados e visualização em tempo real das seguintes variáveis: tensão e corrente de cada GFV, tensão e corrente de cada BB, tensão e corrente em cada BC e irradiância no plano dos GFVs, conforme indicado na Figura 2.1. Além disso, a temperatura ambiente externa também é monitorada por uma estação de monitoração de variáveis ambientais, instalada nas proximidades da NDCC. Todos os valores monitorados são amostrados e transmitidos a cada 1 s, adicionalmente, a média das amostras é armazenada localmente em cartão de memória em intervalos de 1 minuto,
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1- Controladores de carga; 2- Disjuntores c.c. – BCs; 3- Disjuntores c.c. – SGAs;
4- Transdutores de - corrente SGAs; 5- Transdutores de corrente BCs; 6- Relés dos BCs;
7- Transdutores de tensão SGAs; 8- Fonte de alimentação; 9- Tramsdutores de tensão BCs; 10- Disjuntor c.a. da fonte;
11- Caixa abrigando microcontrolador para medição e acionamento
12- Resistores shunt para medição indireta de irradiância
48 com exceção da temperatura ambiente que é armazenada em intervalos de 5 minutos. A Figura 2.20 ilustra o processo de aquisição de dados implementado.
Figura 2.20 – Diagrama geral do sistema de monitoramento da NDCC.
Os sinais de tensão e corrente dos GFVs, BBs e BCs são condicionados em circuito desenvolvido em laboratório, composto por transdutores isolados de corrente e de tensão, filtros ativos analógicos passa-baixas e atenuadores de tensão. Os transdutores reproduzem a forma de onda do sinal monitorado e fornecem um sinal de tensão ou corrente isolado e com magnitude ajustável. Os transdutores de tensão utilizados são do modelo LV 20-P, do fabricante LEM LEM (2012) e os transdutores de corrente são de modelo HAS 50-S, também do fabricante LEM LEM (2015).
Para medição da irradiância, utilizam-se dois módulos FV padrão de 6 células em série. A corrente de curto-circuito de um módulo é proporcional à irradiância incidente no seu plano, portanto, dada uma condição de referência, pode-se obter a irradiância global incidente no plano do GFV, Gi, medindo a sua corrente de curto-circuito, conforme Equação (2.5). A corrente de
curto-circuito de referência, ISC,STC, foi obtida em ensaio no simulador solar do GEDAE-UFPA
(relatório do ensaio presente no Anexo II), para a irradiância padrão de ensaio. O condicionamento da corrente de curto-circuito é feito com resistores shunt, de 75 mV/50 A, fornecendo um sinal de tensão equivalente a corrente.
𝐺𝑖 = 𝐺𝑖,𝑆𝑇𝐶× 𝐼𝑆𝐶
𝐼𝑆𝐶,𝑆𝑇𝐶 (2.5)
Todos os sinais condicionados são amostrados a uma taxa de 1 Hz por conversores analógico-digital (ADC) modelo ADS1115. Este ADC tem resolução de 16 bits e faixa de tensão de referência ajustável, o que permite a amostragem de sinais analógicos com elevada
Transdutores de tensão e corrente SGAs & BCs Conversão AD ADS1115 Microcontrolador ESP32 Armazenamento local em cartão de memória Transmissão RF Recepção RF Computador - Labview IHM - Monitor QGD Ambiente interno Sinal analógico Sinal digital Módulos Padrão Resistores shunt Ambiente externo
49 acurácia. Cada CI ADS1115 pode medir até 4 canais em modo comum e 2 canais em modo diferencial. Todas as medições realizadas são de modo comum, com exceção da irradiância, que é lida em modo diferencial.
O resultado da conversão ADC é enviado ao microcontrolador ESP32, do fabricante Espressif Systems, via protocolo SPI. Escolheu-se este microcontrolador pelo seu baixo custo, elevada disponibilidade no mercado local, vasta documentação e compatibilidade com os diversos periféricos (cartão de memória, ADC externo, relógio de tempo real, transmissor de rádio frequência), além de já estar integrado à uma placa de prototipagem que facilitou a sua implementação no sistema.
O microcontrolador é responsável por processar o resultado da conversão AD de cada variável, aplicando as curvas de calibração obtidas previamente com instrumentação calibrada do laboratório, e salvar os dados localmente no cartão de memória. A este microcontrolador está conectado o transmissor de rádio frequência, modelo APC-220, que envia em tempo real todos os dados medidos para um computador localizado dentro do laboratório do GEDAE.
Um programa desenvolvido na plataforma Labview 2016 é executado no computador que recebe os dados de medição da NDCC e apresenta graficamente as variáveis monitoradas, além de processar estas variáveis para o cálculo de potência e energia gerada/consumida pelas fontes e cargas da NDCC e salvar os dados no computador, em arquivo de texto.
2.5.2. Comando das cargas
O acionamento de cada carga no sistema está individualizado e pode ser programado por meio de relés microcontrolados. Para isto, foram implementados dois módulos de relés de 8 canais cada, totalizando 16 circuitos que podem ser acionados de maneira independente. Este tipo de acionamento microcontrolado possibilita a fácil implementação de diferentes curvas de carga, como por exemplo a apresentada na Figura 2.2, assim é possível avaliar o comportamento do sistema sob diferentes condições de carregamento e consumo energético.
A implementação da curva de carga é realizada por meio de arquivo de texto que é salvo no cartão de memória e lido pelo microcontrolador. A parir deste arquivo, é gerada uma matriz 1440 x 16, em que cada linha equivale a 1 minuto do dia e cada coluna equivale a um relé. Para cada minuto do dia, se o valor em uma posição da matriz for nulo, o controlador interpreta como uma carga que deve ser desligada, caso contrário, a carga deve ser ligada.
50