Resultado das Simulações

A figura 3-21 mostra o transitório de partida do sistema. Nos primeiros segundos da simulação é possível ver como a tensão no capacitor do barramento CC cresce ao ponto de acionar o dispositivo de proteção que conecta o resistor de dissipação. Quando conectado, a corrente nesse resistor cresce e a tensão do capacitor decresce a um nível abaixo de 600V. Esse procedimento de conectar e desconectar o resistor acontece enquanto o valor da referência, Vc_ref, cresce até o ponto de controlar a tensão do capacitor. Esse comportamento invertido, subida da referência de amplitude e descida da tensão, é explicado pelos ganhos negativos no controlador PI do bloco de controle da potência reativa. A dinâmica do sistema é relativamente lenta devido à dinâmica do controle do link CC, que é dependente do elevado valor da capacitância presente no barramento CC do inversor e dos níveis de potência considerados nos estudos.

Os transitórios para diferentes carga são semelhantes aos mostrados na figura 3-21, de forma que não serão mostrados para os demais casos. Na figura, Vc_ref tem o mesmo valor da escala. V_CC é multiplicado por 0,001, valor dado em volts. O valor da referência de amplitude é limitado entre 0,5 e 1,5, para que a mesma não assuma valores muito distantes do valor em regime e isso não implique em correntes elevadas no PAC e amplitudes de tensão fora das normas.

Figura 3-21 – Tensão do barramento CC do inversor e referência de amplitude da tensão durante o transitório de partida do sistema.

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A figura 3-22 mostra os sinais de tensão, corrente pelo indutor de acoplamento LS,

que é definida como a corrente do PAC, e também a corrente de carga, na fase A. Os sinais são correspondentes ao momento mais crítico do transitório, entre 3 e 5 segundos, momento quando a tensão do barramento CC começa a ser controlada efetivamente.

Figura 3-22 – Tensão do PAC, tensão da rede, corrente da rede e corrente da carga, na fase A, durante o transitório de partida do sistema.

A figura 3-23 mostra os mesmos sinais da figura anterior, mas em detalhe, durante o período de 3 a 3,5 segundos.

Figura 3-23 – Detalhe da tensão do PAC, tensão da rede, corrente da rede e corrente da carga, na fase A, durante o transitório de partida do sistema.

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A figura 3-24 mostra o valor eficaz das tensões da rede e do PAC durante o transitório. É visto que durante o momento crítico, em aproximadamente 3,5 segundos, a diferença entre os dois sinais é de 3,52 V, ou 2,8%. Em regime, essa diferença é de 0,52 V, ou 0,4%.

Figura 3-24 – Valores eficazes da tensão da rede e tensão do PAC.

Carga linear

A carga linear utilizada tem um significativo comportamento indutivo. Ela é composta por uma máquina de indução de 3CV. O propósito desse teste é mostrar que o controle é capaz de compensar a potência reativa e faz com que a corrente da rede fique em fase com a tensão, como mostra a figura 3-25. Ao garantir fator de potência unitário na rede, automaticamente a potência reativa tem que ser fornecida pelo inversor.

A figura 3-26 mostra as correntes nesse caso. A corrente da carga está atrasada, em função do comportamento indutivo da mesma, a corrente da rede está compensada e a corrente do inversor está adiantada para compensar a demanda de potência reativa.

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Figura 3-25 – Tensão da rede, tensão do PAC, corrente da rede e corrente da carga

Figura 3-26 – Corrente do PAC, corrente do inversor e corrente da carga para o caso da carga linear com comportamento indutivo.

A figura 3-27 ilustra o comportamento do ângulo β. Durante o transitório inicial, o ângulo cresce constantemente. O valor negativo indica que o sistema está requerendo potência da rede, ou seja, a tensão da rede está adiantada, do ângulo, da tensão do PAC.

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Figura 3-27 – Ângulo beta, o ângulo entre as tensões.

A figura 3-28 ilustra o valor da potência reativa pela rede ao longo do tempo. O valor é variável ao longo do transitório, mas é controlada e levada a zero a partir do momento em que o valor da referência de amplitude vai se estabilizando. Quando em regime permanente, o valor de Q é zerado, como indica a figura 3-28.

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Carga não linear

A carga não linear é composta de:

Parâmetro Valor

Retificador trifásico a diodos.

Potência 1,4 kW

LCC: Indutor do lado CC 32 mH

RL: Carga resistiva 75 Ω

LL: indutor de filtro de entrada CA: 1,5 mH

A figura 3-29 mostra os sinais da tensão no PAC, tensão na rede, corrente na rede e corrente de carga. Como pode ser visto, o inversor compensa a distorção da corrente na carga, injetando a corrente mostrada na figura 3-30. Neste caso, a THD da tensão no PAC é de 3,93%, enquanto a THD da corrente na rede, ou seja, pelo indutor de acoplamento LS é de 6%.

Figura 3-29 – Tensão da rede (Vs_An), tensão do PAC (Vc_An), corrente da rede (I_Rede) e corrente da carga (I_Carga) para uma carga não linear.

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Figura 3-30 – Corrente do inversor para uma carga não linear.

Injetando potência

Neste caso, a gerador irá contribuir na potência gerada, fato que não aconteceu nas situações anteriores. Desta forma, o ângulo beta será variável.

A figura 3-31 mostra a variação das potências no sistema. Inicialmente, o sistema drena potência apenas da rede (P_Grid). Com fornecimento de potência mecânica ao gerador de indução, este injeta potência na rede (P_wind), suficiente para alimentar a carga local (P_Load) e exporta para rede.

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A figura 3-32 mostra a variação do ângulo β. A inversão da polaridade do mesmo indica que o fluxo de potência se inverte.

Figura 3-32 – Variação do ângulo β.

Fato que é evidenciado na figura 3-33. Na situação inicial, tempo de 8 a 8,15s, a tensão da rede está adiantada da corrente do PAC e a corrente da rede em fase com a mesma, caracterizando o fluxo de potência da rede para a carga. Quando o gerador injeta potência, tempo 19s a 19,1s, a tensão do PAC está adiantada da corrente da rede e a corrente da rede está defasada de 180º da tensão da tensão da rede, caracterizando a inversão do fluxo observada na mudança de sinal do ângulo, isto é mostrado na figura 3-34.

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Figura 3-33 – Tensão no PAC, tensão da rede, corrente na rede, antes da injeção de potência.

Figura 3-34 - Tensão no PAC, tensão da rede, corrente na rede, após a injeção de potência.

A figura 3-35 mostra o momento em que há oscilação na potência injetada. A potência do gerador oscila numa frequência de 0,2 Hz. A potência da carga permanece constante. Ainda na figura, é visto como o ângulo entre as tensões varia, seguindo a variação da potência injetada, assim como a tensão do barramento CC que também varia, gerando a variação do ângulo.

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A figura 3-36 mostra a corrente pelo indutor de acoplamento (corrente na rede) durante a variação da potência injetada.

Figura 3-35 – Variação da potência injetada pelo gerador, ângulo β e do valor da tensão do barramento CC do inversor.

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Conclusão

Neste capítulo foi mostrado que o sistema de controle proposto e descrito é capaz de controlar o fluxo de potência quando há variação da mesma. O controle permite que o ângulo entre as tensões seja ajustado em função da quantidade de potência disponível no gerador local e na tensão da rede, assim visto na regulação da tensão do capacitor do inversor.

O sistema foi simulado e os resultados atendem às normas reguladoras [43][44][45]. O sistema opera com fator de potência dentro das normas, fato evidenciado pela tensão e corrente no PAC estarem em fase e pelos registros do cálculo da potência reativa.

É notória a dinâmica lenta na partida e controle do link CC, que ajusta o ângulo β, devido à capacitância do barramento.

O controle também é capaz de se recuperar e impor uma tensão senoidal, mesmo em condições severas de carga, devido à compensação satisfatória dos harmônicos pela corrente sintetizada pelo inversor.

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Capítulo 4