6.1 Resultados de Simulações
6.1.8 Resultados Para o Sistema de Controle da Tensão do Barramento
com o Conversor Conectado à Rede Através do Filtro LCL
Nas Figuras 56 e 113 se ilustram o diagrama esquemático e o diagrama de blocos implementado do sistema de controle da tensão do barramento CC, enquanto que nas Figuras 57 e 116 se ilustram o controlador da tensão do barramento CC.
Para o teste de simulação do controle da tensão do barramento CC, se utilizou um perfil de tensão de referência pré determinado apresentado na Figura 87. O objetivo é analisar o comportamento da tensão do barramento CC. Conforme é ilustrado na Figura 87, inicialmente os controles estão inativos, a tensão de referência se encontra em 309V, uma rampa de tensão no instante de tempo 0,5s até 1s foi aplicada. A partir de 1s o valor de tensão se mantém constante em 800V. Por fim, no instante de tempo 5s se aplica um degrau de potência.
Na Figura 87 ilustra-se a tensão do barramento CC de referência pré determi- nada e a medida. Observa-se que o comportamento da tensão do barramento CC está correspondendo conforme o desejável, pois a tensão medida no elo CC está seguindo a referência pré determinada.
Além disso, é importante observar nas Figuras 87 e 89 que com as resistências calculadas de 𝑅𝑠 e 𝑅𝑡, apresentadas na Tabela 11, foi obtido um transitório inicial. Para
solucionar esse problema, as resistências foram modificadas para os valores 𝑅𝑠1 e 𝑅𝑡1
empiricamente. O resultado da modificação das resistências é ilustrado ao decorrer dessa seção.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 tempo (s) 200 400 600 800 Tensão(W)
Tensão do barramento CC de referência
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 tempo (s) 0 500 800 1000 Tensão(W)
Tensão do barramento CC medido
Figura 87 – Tensão no barramento CC
Inicialmente os controladores do sistema de controle de corrente e do controle da tensão do barramento CC estão inativos. Conforme a Figura 68 mostra, primeiramente se tem a pré carga que atinge o valor de 309V. Isto é possível devido ao fato do conversor de potência trifásico, de semicondutor IGBT ter a capacidade de trocar energia em ambos os sentidos, isto é, bidirecional. A pré carga no barramento CC é realizada através da energia oriunda da rede elétrica.
No instante de tempo 0,5s, os controladores do sistema de controle de corrente e do controle da tensão do barramento CC são habilitados. Deste modo, a tensão do barramento CC começa a seguir a referência pré determinada até alcançar a tensão de 800V, em 1s. O tempo de acomodação obtido foi de 0,3s.
No instante de tempo 5s, se aplicou um degrau de potência conforme se mostra na Figura 89. Conforme é observado, quando uma potência é gerada a partir do vento, a tensão do barramento CC tende a se elevar. Desse modo, o conversor do lado da rede opera como inversor, enviando a energia em excesso acumulada par a rede elétrica para manter a tensão do barramento CC em 800V. Neste contexto, se comprova a teoria apresentada na seção 4.4.
Na Figura 88 é ilustrado o comportamento da tensão do barramento CC nos transitórios quando se alcança o valor de referência pré determinado de 800V no instante de tempo de 1s e quando se aplica o degrau de potência no instante de 5s. Conforme é observado, o tempo de acomodação alcançado foi de aproximadamente 0,3s.
1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 tempo (s) 600 650 700 750 800 850 Tensão (V) Tensão de referência Tensão medida no barramento CC
Figura 88 – tensão no barramento CC ampliado
Analisando-se o resultado obtido para o comportamento da tensão do barramento CC, ilustrado na Figura 87, é observado que a tensão do barramento CC se eleva devido ao degrau de potência, na qual é ampliado para melhor visualizar conforme ilustrado na Figura 88. Observa-se que o overshoot é na ordem de aproximadamente 8%.
Portanto, devido aos valores de sobre-elevação do sinal medido, para a implemen- tação experimental deste sistema, é necessário tomar o devido cuidado conforme mencio- nado anteriormente no texto.
0 1 2 3 4 5 6 tempo (s) -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 potência(W) ×104
Figura 89 – Potência ativa à rede elétrica
Na Figura 89 é ilustrado o comportamento da potência ativa enviada à rede elétrica. Pode-se dividir esse comportamento em três etapas para a compreensão de cada fenômeno:
• Observa-se na primeira etapa que inicialmente houve um transitório e após um pequeno instante a potência é negativa. Esse fenômeno ocorre devido ao aumento da tensão no barramento CC, isto é, o barramento CC está consumindo corrente
elétrica vindo da rede. Quando a tensão se estabiliza em 309 Volts, a potência da rede elétrica trocada com o capacitor do barramento CC é mantida em zero. • Na segunda etapa, verifica-se que a potência se torna negativa novamente, isto ocorre
pelo fato do aumento da tensão do barramento CC devido à rampa de tensão apli- cada no instante de tempo de 0,5s a 1s, isto é, o carregamento do barramento CC está consumindo energia vinda da rede elétrica.
• E na terceira etapa, se aplica um degrau de potência. Observa-se que o sistema segue a referência imposta, porém ocorre uma perda de potência devido ao chaveamento do conversor e as perdas do sistema.
Na Figura 90 é ilustrado o comportamento da potência ativa no transitório quando é aplicado o degrau de potência de 15000W em 5s. Conforme é observado, o tempo de acomodação alcançado foi de aproximadamente 0,3s.
4.8 4.9 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 tempo (s) -2000 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 potência(W)
Figura 90 – Potência ativa do sistema de geração eólico ampliado
Na Figura 91 ilustra-se a tensão do barramento CC de referência pré determinada e a medida, enquanto na Figura 92 ilustra-se a potência enviada à rede elétrica. Observa- se que o comportamento da tensão do barramento CC está correspondendo conforme o desejável, pois a tensão medida no elo CC está seguindo a referência pré determinada.
Além disso, é importante observar nas Figuras 91 e 92 que com o aumento das resistências de 𝑅𝑠1e 𝑅𝑡1, apresentadas na Tabela 11, ajustadas empiricamente, foi possível
eliminar o transitório observado nas Figuras 87 e 89.
Analisando-se o resultado obtido para o comportamento da tensão do barramento CC, ilustrado na Figura 91, é observado que a tensão do barramento CC se eleva devido ao degrau de potência. Conforme é observado o overshoot é na ordem de aproximadamente 13%.
Portanto, devido aos valores de sobre-elevação do sinal medido, para a implemen- tação experimental deste sistema, é necessário tomar o devido cuidado conforme mencio- nado anteriormente no texto.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 tempo (s) 0 500 800 1000 Tensão(V)
Tensão medida no barramento CC
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 tempo (s) 200 400 600 800 Tensão(V)
Perfil de tensão de referência do barramento CC
Figura 91 – Tensão no barramento CC
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 tempo (s) -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 Potência (W) ×104
Figura 92 – Potência ativa à rede elétrica