Sistema digital (DSP) utilizado

A plataforma de processamento digital utilizada no controle do prot´otipo do filtro ativo foi o Kit de desenvolvimento ADMC401, da Analog Devices. Como j´a mencionado, trata-se de um DSP de ponto-fixo (aritm´etica saturada) com 16 bits.

Para a implementa¸c˜ao do filtro ativo, tal DSP representa uma ferramenta poderosa, com ca- pacidade de processamento de 26 MIPS (26 milh˜oes de instru¸c˜oes por segundo), com conversor AD de 8 canais (±2V , 2µs por canal) e m´odulo PWM integrados `a unidade de processamento (ADSP-2171). Na placa de desenvolvimento do kit tamb´em haviam dispon´ıveis pinos de entra- das e sa´ıdas auxiliares, conversor DA, pino de prote¸c˜ao (PWMTRIP), comunica¸c˜ao serial, etc. Al´em disto, a escolha por este sistema tamb´em se baseou na simplifica¸c˜ao de sua linguagem de programa¸c˜ao, a qual ´e um tipo de Assembly com fun¸c˜oes de linguagens de alto n´ıvel.

No Apˆendice 03 est˜ao dispostas algumas informa¸c˜oes adicionais sobre as caracter´ısticas t´ecnicas do Kit utilizado.

A) Ganho do conversor AD (KAD)

´

E importante observar que o conversor anal´ogico-digital tamb´em apresenta um ganho a ser considerado no projeto dos controladores.

No caso do sistema implementado, optou-se pelo desenvolvimento de todos os algoritmos e controladores digitais utilizando um formato num´erico puramente fracion´ario, usualmente conhecido como formato 1.15 ou Q.15. Isto significa que, considerando os 16 bits do DSP, 1 bit ´e reservado para os sinais (+/−) das vari´aveis ou constantes, enquanto os outros 15 bits representam n´_{umeros entre ±0, 999999.}

Isto resulta em um sistema normalizado como quando utilizando vari´aveis por-unidade (pu). Portanto, deve-se observar que os ±2V na entrada do DSP (conversor AD), s˜ao convertidos para um valor digital correspondente a ±1pu, o qual, em n´ıveis digitais, representa um valor igual a 215_.

KAD =

1pu

2V = 0, 5 . (5.5)

Assim, tomando por exemplo um valor de tens˜ao de fase igual a 180V, ter´ıamos um valor digital no respectivo registrador do DSP, dado por:

180V . KSV abc. KAD. 215 = 180V . 0, 01 . 0, 5 . 215 = 29491 . (5.6)

5.5

Conclus˜ao

Neste cap´ıtulo foram discutidos os subs´ıdios fundamentais para implementa¸c˜ao de filtros ativos, bem como aspectos t´ecnicos, econˆomicos e regulat´orios relacionados `a escolha de uma ou outra topologia de filtro ativo para solu¸c˜ao de problemas de QEE.

Neste contexto, considerando que os problemas de deteriora¸c˜ao da QEE devam ser soluci- onados pelos respons´aveis por seu aparecimento, sejam consumidores (cargas) ou fornecedores (concession´arias) e considerando que boa parte dos fenˆomenos tˆem origem nas cargas indus- triais, as quais normalmente representam fontes de correntes, optou-se pela implementa¸c˜ao de um filtro ativo paralelo para demonstrar os resultados de algumas t´ecnicas de compensa¸c˜ao.

Assim, a estrutura e os componentes do prot´otipo implementado foram apresentados e detalhados, de forma que no pr´oximo cap´ıtulo sejam apresentadas duas estrat´egias distintas de compensa¸c˜ao e seus respectivos resultados, bem como os controladores digitais necess´arios `a sua implementa¸c˜ao.

Controladores Digitais e Resultados

Experimentais do Filtro Ativo Paralelo

Como mencionado no primeiro cap´ıtulo, um dos objetivos deste trabalho ´e discutir e de- monstrar como algumas das t´ecnicas de processamento digital de sinais apresentadas, podem ser utilizadas no controle de um filtro ativo de potˆencia, independentemente das defini¸c˜oes de potˆencia discutidas nos Cap´ıtulos 2 e 3.

Desta forma, uma vez identificadas as parcelas ideais e n˜ao-ideais (dist´urbios) das tens˜oes e correntes, estas podem ser utilizadas na defini¸c˜ao de estrat´egias de compensa¸c˜ao de um filtro ativo, independentemente da topologia do filtro escolhido. Entretanto, deve-se destacar que uma mesma estrat´egia de compensa¸c˜ao pode ainda ser implementada de diferentes formas, em geral produzindo resultados distintos. E, dependendo dos controladores digitais aplicados, tais diferen¸cas podem se acentuar ainda mais.

Portanto, este cap´ıtulo traz uma breve discuss˜ao sobre a defini¸c˜ao de uma estrat´egia de compensa¸c˜ao, apresenta os controladores digitais utilizados na implementa¸c˜ao do prot´otipo do filtro ativo de corrente (paralelo) e mostra os resultados de sua aplica¸c˜ao em um sistema com carga n˜ao-linear.

6.1

Defini¸c˜ao dos objetivos e estrat´egias de compensa¸c˜ao

Considerando-se especificamente o caso do filtro ativo paralelo, v´arias estrat´egias de com- pensa¸c˜ao podem ser implementadas para alcan¸car diferentes objetivos em termos de qualidade de energia, fluxo de potˆencia, minimiza¸c˜ao de perdas, etc.

Dentre as muitas possibilidades [13, 83, 163], as estrat´egias mais comuns encontradas na literatura s˜ao:

• S´ıntese de potˆencia constante (SPC) [42]: a qual pode ser bastante interessante se as tens˜oes do sistema forem sim´etricas e senoidais, uma vez que garantem que fluxo de potˆencia constante para os sistemas de gera¸c˜ao, transmiss˜ao e distribui¸c˜ao de energia. Do contr´ario, para compensar a potˆencia n˜ao-resistiva e manter a potˆencia ativa constante

no PAC, o filtro ativo pode fazer com que as correntes do sistema compensado tornem-se distorcidas e desequilibradas;

• S´ıntese de corrente senoidal (SCS) [161]: que tem por objetivo manter as correntes do sistema senoidais, equilibradas e em fase com a componente fundamental da tens˜ao, in- dependentemente das condi¸c˜oes da tens˜ao, minimizando assim a DHT de corrente e os efeitos de eventuais desbalan¸cos das cargas;

• S´ıntese de carga resistiva (SCR) [14, 160, 166] ou S´ıntese de fator de potˆencia unit´ario (SFPU): a qual ´e baseada no princ´ıpio de minimiza¸c˜ao da corrente instantˆanea e poderia ser associada `a compensa¸c˜ao da parcela de corrente (iz) discutida no Cap´ıtulo 3. Com

tal estrat´egia, a corrente sempre segue a forma de onda da tens˜ao, como em uma carga resistiva e, portanto, o fator de potˆencia seria maximizado;

• Compensa¸c˜ao seletiva de harmˆonicos (CSH) [125, 183]: menos comum que as anteriores, a CSH tem sido proposta por meio de diferentes controladores digitais ou formas de implementa¸c˜ao e parece uma alternativa bastante vi´avel para compensa¸c˜ao de harmˆonicos predominantes em uma instala¸c˜ao, al´em de elevar o fator de potˆencia.

Em [13, 14], algumas destas estrat´egias foram comparadas do ponto de vista da compensa¸c˜ao da carga e do ponto de vista global de qualidade de energia, ou seja, levando em considera¸c˜ao n˜ao apenas o objetivo da compensa¸c˜ao, mas tamb´em seus impactos no sistema em que o fil- tro ativo deve ser instalado. Destaca-se por exemplo, que a estrat´egia SCR pode ser bastante interessante em situa¸c˜oes onde a tens˜ao do PAC apresenta-se um pouco distorcida, uma vez que emulando uma carga resistiva, pode auxiliar no amortecimento de eventuais ressonˆancias entre cargas e/ou compensadores passivos sob tens˜ao n˜ao-senoidal do sistema. Destas an´alises, destaca-se mais uma vez a importˆancia da regulamenta¸c˜ao, uma vez que um filtro ativo pode estar atingindo suas metas de compensa¸c˜ao local e ao mesmo tempo provoca algum outro tipo de dist´urbio para o sistema como um todo.

Para demonstrar o funcionamento do prot´otipo de FAP implementado, optou-se por discutir a implementa¸c˜ao de duas estrat´egias de compensa¸c˜ao, a SCS e a CSH.