Resultados Experimentais

Todas as coletas das formas de onda foram feitas através do Code Composer Studio. O tamanho da amostra foi definido como 666 pontos e o time step como 50µs.

4.3.2.1 Teste Verificação Ganhos de Medidores

O primeiro teste que deve ser feito é a confirmação dos ganhos dos sensores de medição que estão acoplados ao conversor da Recriar Tecnologias. Para isso, foram aplicados 30V à alimentação CC e conectada uma carga L de 5mH, em configuração Y, que caracteriza uma corrente trifásica de pico na carga de aproximadamente 5,3A.

A leitura do sensor de medição de tensão CC é mostrada na Figura 64. Notamos que o valor médio das oscilações (0,2313V) caracteriza um ganho de G_ÊËË = 0,2313 30 = 0,007711.

Figura 64: Leitura de tensão CC

A leitura do sensor de medição de corrente na carga trifásica é mostrada na Figura 65. Devido às oscilações presentes nas formas de onda, foram utilizados os valores RMS

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das senoides para o cálculo experimental do ganho. O ganho para os sensores de cada uma das fase é dado por:

GÌÍ 0,1217 5,3/√2 Î ^0,0325 GÌÏ 0,1196 5,3/√2 Î ^0,0319 GÌË 0,1214 5,3/√2 Î ^0,0324

Figura 65: Leitura de corrente na carga trifásica

A leitura do sensor de tensão trifásica não pode ser coletada devido a problemas técnicos em relação ao mau contato das conexões do drive, que converte o sinal analógico em digital. Como consequência, os sinais de tensão CA lidos através do Code Composer eram inconsistentes. Veremos mais à frente que este problema impossibilitou a implementação do código do presente trabalho, por demandar leituras digitais confiáveis das tensões CA.

69 4.3.2.2 Teste Código de Proteção

A segunda etapa experimental é o teste do código de proteção. Por simplicidade, foi utilizado um sistema com controle em malha aberta e com carga RL conectada em Y, composta por um indutor de 5mH e um banco resistivo de 14Ω.

Para o teste de sobretensão, foi definida uma tensão máxima de 30V. A tensão de alimentação foi aumentada paulatinamente até que o erro retornasse valor igual a 2 (referente à falta por sobretensão) e o chaveamento fosse interrompido. Quando a tensão foi reduzida para um valor inferior ao limite máximo e o acionamento por degrau de descida foi imposto, o chaveamento foi normalizado, como o esperado.

Para o teste de sobrecorrente instantânea, a carga RL foi substituída por uma carga L conectada em Y, composta por indutores de 5mH, uma vez que, com a primeira carga, não era possível alcançar um nível de corrente elevado o suficiente para acionar o bloqueio do PWM sem que a proteção por sobretensão fosse acionada. Foi definido um valor de pico máximo, em módulo, de 6A (respeitando a especificação do indutor utilizado de corrente máxima igual a 5ARMS). De forma análoga ao teste anterior, a tensão de alimentação foi aumentada até que o erro retornou valor igual a 1 (referente à falta por sobrecorrente) e o chaveamento foi interrompido. Novamente, reduzindo o valor da tensão de alimentação e realizando o acionamento por degrau de descida, o PWM voltou a operar normalmente.

Para o caso da falta por sobrecorrente temporizada, não foi realizado nenhum teste em bancada visto que este terceiro caso de proteção funciona apenas como uma segurança extra e tem funcionamento análogo ao caso da falta por sobrecorrente instantânea, como observado nos testes em simulação.

4.3.2.3 Teste PLL

A próxima etapa de teste é o funcionamento do bloco PLL implementado no controle. Como já explicado anteriormente, é necessário verificar se o mesmo rastreia o sinal dado como referência, provendo um ângulo θPLL com frequência igual à da referência (60Hz) e uma frequência ωPLL próxima à 377rad/s.

Neste ponto, como mencionado anteriormente, foram identificados problemas referentes aos sensores de tensão CA, presentes no conversor, quanto a confiabilidade dos sinais digitais. Então, para que o teste de rastreamento do PLL fosse possível, foram

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realizados dois experimentos, um em que as tensões αβ eram consideradas como referência para o PLL e outro em que as tensões eram substituídas pelas correntes em

αβ. Foi concluído, contudo, que os resultados para os dois testes foram semelhantes nos instantes em que os sinais de tensão CA eram enviados de forma consistente para o Code Composer.

Na Figura 66 são ilustrados os sinais das correntes αβ utilizadas como referência para o PLL. A partir das formas de onda apresentadas, é possível ratificar que os medidores de corrente operam corretamente, enviando um sinal estável e pouco ruidoso para o DSP.

Figura 66: Sinais de corrente em αβ

Os sinais de ângulo gerado pelo bloco do PLL e a sua entrada de referência iα são apresentados na Figura 67. Notamos, mais uma vez, que o PLL rastreia corretamente a sua entrada de referência, exibindo uma forma de onda semelhante a encontrada em simulação.

A leitura para a frequência angular do bloco PLL é mostrada na Figura 68. Nesta, temos uma frequência ωPLL oscilando próxima de 377rad/s, sendo consistente com os resultados de simulação.

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Figura 67: Sinal do ângulo gerado pelo PLL e a variável de referência iα

Figura 68: Sinal da frequência gerado pelo PLL

4.3.2.4 Teste Malha de Controle com Realimentação

O controle em malha fechada do presente trabalho, como já posto em evidência anteriormente, utiliza as medições de corrente trifásica, tensão trifásica e tensão CC como realimentação para que o controle funcione corretamente.

Devido aos problemas encontrados nas conexões do drive, que converte as medidas analógicas em sinais digitais para serem enviados para o controle, não foi possível coletar amostras de medição das tensões trifásicas com uma confiabilidade aceitável,

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através da plataforma digital. Desta forma, o teste relacionado à implementação do controle em malha fechada teve suas realimentações comprometidas, o que impossibilitou a execução desta etapa experimental, já que o controle não funcionaria conforme projetado.

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5 Conclusões

Devido à crescente necessidade de implementação e as diversas vantagens de uso, a transmissão em corrente contínua em alta tensão é uma tecnologia que precisa ser estudada e difundida para os estudantes de engenharia. Com o intuito de estudar uma tecnologia diferente dos conversores CSC - Current Sourced Converter, que já são vastamente utilizados, os conceitos relacionados aos conversores do tipo VSC, suas vantagens, topologia e controle foram apresentados.

O esquema de controle utilizado neste trabalho engloba os conceitos de controle de corrente e de controle de tensão. Utilizando os princípios da teoria das potências ativa e reativa instantâneas, PLL, transformada de Clarke e de Park, em conjunto com o devido dimensionamento dos controladores proporcionais e integrais, foi possível implementar um controle de malha fechada robusto e eficiente para as exigências do projeto.

Finalmente, foram feitas simulações no domínio do tempo do sistema HVDC-VSC no software PSIM, que comprovaram a robustez do controle estudado. As simulações possibilitaram os testes do código de proteção e do bloco PLL em bancada, que apresentaram resultados satisfatórios e coerentes. Pela falta de confiabilidade na leitura digital dos sensores de tensão CA disponíveis acoplados ao conversor utilizado, não foi possível realizar testes com o controle em malha fechada projetado no presente trabalho.

O trabalho proposto pode ser utilizado para fins didáticos com o objetivo de apresentar, aos alunos de engenharia elétrica, uma visão prática desse tipo de tecnologia para transmissão em corrente contínua. As estratégias de controle apresentadas, somadas aos métodos de dimensionamento de componentes colocados em evidência poderão servir como base para futuros projetos.

Como trabalhos futuros, pode-se citar a montagem do sistema HVDC-VSC completo, englobando os dois conversores, para obtenção de resultados experimentais. Outra possibilidade é o teste de novas configurações de sistemas HVDC, por exemplo, um sistema multiterminal.

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Referências

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[15] PSIM. Disponível em: http://powersimtech.com/products/psim/. Acesso em: julho 2015

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Apêndice A

Bancada Eletrônica do Laboratório

A bancada eletrônica que será utilizada para validação do projeto possui o mesmo princípio de funcionamento de um protoboard, ou seja, trata-se de uma matriz de contato que facilita a modelagem dos circuitos elétricos que, neste caso, são de potência. Além da matriz de contato, a bancada eletrônica possui um circuito auxiliar para possibilitar a alimentação do circuito de controle das chaves estáticas. A Figura 69 mostra a vista frontal do painel da bancada.

Figura 69: Painel frontal da bancada eletrônica