CLAUDIA THALIA ZEVALLOS ATENCIA
ANÁLISE DO DESEMPENHO DO STATCOM COM ESTRATÉGIA DE CONTROLE PARA OPERAÇÃO EM REGIME PERMANENTE E TRANSITÓRIO
CAMPINAS 2019
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação
CLAUDIA THALIA ZEVALLOS ATENCIA
ANÁLISE DO DESEMPENHO DO STATCOM COM ESTRATÉGIA DE CONTROLE PARA OPERAÇÃO EM REGIME PERMANENTE E TRANSITÓRIO
Dissertação apresentada à Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação da Universidade Estadual de Campinas como parte dos requisitos exigidos para a obtenção do título de Mestra em Engenharia Elétrica, na Área de Energia Elétrica.
Orientadora: Profa. Dra. Maria Cristina Dias Tavares
ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DISSERTAÇÃO DEFENDIDA PELA ALUNA CLAUDIA THALIA ZEVALLOS ATENCIA, E ORIENTADA PELA PROFA. DRA. MARIA CRISTINA DIAS TAVARES
Assinatura da Orientadora
CAMPINAS 2019
Ficha catalográfica
Universidade Estadual de Campinas Biblioteca da Área de Engenharia e Arquitetura
Luciana Pietrosanto Milla - CRB 8/8129
Atencia, Claudia Thalia Zevallos,
At27a AteAnálise do desempenho do STATCOM com estratégia de controle para operação em regime permanente e transitório / Claudia Thalia Zevallos Atencia. – Campinas, SP : [s.n.], 2019.
AteOrientador: Maria Cristina Dias Tavares.
AteDissertação (mestrado) – Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação.
Ate1. Sistema de energia elétrica - Controle. 2. Eletrônica de potência. 3. Transitórios (Elecitricidade). 4. Avaliação de desempenho. 5. Software -Testes. I. Tavares, Maria Cristina Dias, 1962-. II. Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação. III. Título.
Informações para Biblioteca Digital
Título em outro idioma: Análise do desempenho do STATCOM com estratégia de controle para operação em regime permanente e transitório
Palavras-chave em inglês: Electric power systems - Control Power electronics
Transients (Electricity) Evaluation performance Computer software - Testing
Área de concentração: Energia Elétrica Titulação: Mestra em Engenharia Elétrica Banca examinadora:
Maria Cristina Dias Tavares [Orientador] Edson Hirokazu Watanabe
João Inácio Yutaka Ota Data de defesa: 24-10-2019
Programa de Pós-Graduação: Engenharia Elétrica
Identificação e informações acadêmicas do(a) aluno(a) - ORCID do autor: https://orcid.org/0000-0002-4724-2475 - Currículo Lattes do autor: http://lattes.cnpq.br/7662398285955058
COMISSÃO JULGADORA - DISSERTAÇÃO DE MESTRADO Candidato: Claudia Thalia Zevallos Atencia RA: 192687
Data da Defesa: 24 de outubro de 2019
Título da Tese: “Análise do desempenho do STATCOM com estratégia de controle para operação em regime permanente e transitório”
- Profa. Dra. Maria Cristina Dias Tavares (Presidente) - Prof. Dr. Edson Hirokazu Watanabe
- Prof. Dr. João Inácio Yutaka Ota
A ata de defesa, com as respectivas assinaturas dos membros da Comissão Julgadora, encontra-se no SIGA (Sistema de Fluxo de Dissertação/Tese) e na Secretaria de PósGraduação da Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação.
Dedicado a minha mãe Ana María Atencia e a meu irmão John Zevallos
Agradecimentos
O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) - Código de Financiamento 001.
Do mesmo modo, a UNICAMP e o Laboratório de Estudos de Transitórios Eletromagnéticos e de Proteção em Sistema de Potência (LTRANSP) foram essenciais para concluir minha pesquisa através das instalações fornecidas e o suporte técnico.
Agradeço à minha mãe pelo amor, apoio incondicional e dedicação na minha formação profissional, ajudando-me a superar todos os desafios apresentados.
À minha orientadora, professora Maria Cristina Tavares, pela oportunidade oferecida de estudar o Mestrado na UNICAMP e por todas as sugestões na orientação deste trabalho.
Finalmente, quero agradecer a todos meus amigos e colegas que fiz na UNICAMP, sobretudo, a Marco, Javier, Juan, Guilherme, Jhair, Alexandra, Nelly, John, Hever, Wilmer, Erik, Fransk, Gian Carlos, Marishani e Alex, que me acompanharam durante esta etapa e deram todo seu apoio.
Resumo
A presente pesquisa apresenta uma análise de sensibilidade do desempenho do Synchronous Static Compensator (STATCOM) sob diferentes condições de operação em regime permanente e transitório para avaliar o seu comportamento num sistema de distribuição de três fios.
Os critérios de operação deste dispositivo de potência reativa controlável são baseados nos Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional (PRODIST) e nos Procedimentos de Rede do Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS). Foram considerados os seguintes indicadores de desempenho: Variação da frequência, Tensão em regime permanente, Desequilíbrio de tensão, Distorção Harmônica de Tensão e Variação da Tensão de Curta Duração (VTCD).
A contribuição fundamental do trabalho é a modelagem da estratégia de controle na simulação no domínio do tempo de modo a avaliar o desempenho do compensador durante afundamentos e elevações da tensão, ajudando a limitar a variação da tensão no ponto de acoplamento com o sistema dentro dos limites permitidos da operação; e durante faltas, auxiliando a controlar as sobrecorrentes.
Os casos foram simulados no programa PSCAD/EMTDC e a verificação do funcionamento dos seus componentes do sistema de controle no programa MATLAB.
Abstract
This research presents a sensitivity analysis of the performance of Synchronous Static Compensator (STATCOM) under different conditions of steady and transient operation aiming to evaluate its behavior in a three-wire distribution system.
The operating criteria of this controllable reactive power device are based on the Brazilian Electrical System Distribution Procedures (PRODIST) and the Network Procedures of the Brazilian System Operator (ONS). The following relevant performance indicators were considered: Frequency Variation, Steady State Voltage, Voltage Imbalance, Harmonic Voltage Distortion and Short Term Voltage Variation (VTCD).
The main contribution of the present document is the modeling of the control strategy in time domain simulation in order to evaluate the compensator performance during voltage sags and swells, helping to contain the voltage variation at the system coupling point within the limits allowed for the operation; and during faults, helping to control over-current.
The simulated cases were performed with PSCAD / EMTDC program and the verification of the control system components operation with MATLAB program.
Lista de Figuras
FIGURA 2.1DIAGRAMA PRINCIPAL DO D-STATCOM --- 29
FIGURA 2.2 EQUIVALENTE SIMPLIFICADO DO STATCOM (CARREIRO CAVALIERE, 2001) --- 29
FIGURA 2.3DIAGRAMAS FASORIAIS DE TENSÕES E CORRENTES (CARREIROCAVALIERE, 2001) --- 30
FIGURA 2.4 (A) CARACTERÍSTICA V-I DO STATCOM (B) CARACTERÍSTICA V-Q DO STATCOM(ERINMEZ ET AL.,1998)(ADAPTADO PELO AUTOR) --- 31
FIGURA 2.5INVERSOR TRIFÁSICO TIPO FONTE DE TENSÃO --- 34
FIGURA 2.6DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DE UM INVERSOR MONOFÁSICO MULTINÍVEL DO TIPO (A)CASCATA (B)CAPACITOR FLUTUANTE (C)DIODO GRAMPEADO --- 39
FIGURA 2.7 CONVERSOR BÁSICO DE SEIS PULSOS DE DOIS NÍVEIS (MATHUR; VARMA, 2002) --- 40
FIGURA 2.8 CONFIGURAÇÃO MULTIPULSO DE UM STATCOM DE 6𝑁 PULSOS (AL-HADDAD ET AL.,2009) --- 41
FIGURA 2.9ESTRUTURA DE CONTROLE NO MODO DE OPERAÇÃO POR VETOR CONTROLADO POR CORRENTE --- 46
FIGURA 2.10ESTRUTURA BÁSICA DE UM PLL MONOFÁSICO --- 47
FIGURA 2.11MODULAÇÃO POR LARGURA DE PULSO SENOIDAL (BINWU,2006) --- 50
FIGURA 2.12DIAGRAMA VETORIAL DOS VETORES ESPACIAIS (BINWU,2006) --- 53
FIGURA 2.13VETOR DE REFERÊNCIA SINTETIZADO POR 𝑉𝑥,𝑉𝑦 E 𝑉0 --- 54
FIGURA 2.14 (A) FORMA DE ONDA DA TENSÃO 𝐸𝑓𝑓𝑎𝑏 DO D-STATCOM DE 6 PULSOS (B) ORDEM DAS HARMÔNICAS --- 57
FIGURA 3.1DIAGRAMA DO SISTEMA DE POTÊNCIA --- 63
FIGURA 3.2ESQUEMA DE CONTROLE DO D-STATCOM --- 64
FIGURA 3.3DIAGRAMA DE BLOCO DO DETECTOR DE SEQUÊNCIA --- 65
FIGURA 3.4FILTRO ADAPTATIVO BASEADO EM SOGI-QSG --- 66
FIGURA 3.5DIAGRAMA DE BODE DOS SINAIS DE SAÍDA PARA 𝑘 = 1 E 𝑓 = 60𝐻𝑧 --- 67
FIGURA 3.6DIAGRAMA DE BODE DAS MAGNITUDES DAS FUNÇÕES DE TRANSFERÊNCIA 𝐷(𝑠) E 𝑄(𝑠)--- 68
FIGURA 3.7CIRCUITO DE CONTROLE DO SOGI-FLL PARA UM SISTEMA DE SINCRONIZAÇÃO MONOFÁSICO --- 69
FIGURA 3.8DIAGRAMA DE BODE DE 𝐸𝑠 E 𝑄𝑠 PARA 𝑘 = 2 E 𝜔′ = 377𝑟𝑎𝑑/𝑠 --- 70
FIGURA 3.9ESQUEMA DE CONTROLE DO FLL SIMPLIFICADO (CANDELA ET AL.,2010) 71 FIGURA 3.10DIAGRAMA DE BLOCOS DE CONTROLE DO SOGI-FLL COM NORMALIZAÇÃO DO GANHO 𝛾(TEODORESCU;LISERRE;RODRÍGUEZ,2011) --- 72
FIGURA 3.11 DETECTOR DE TENSÕES EM COMPONENTES DE SEQUÊNCIA PARA FALTA
BIFÁSICA A TERRA A)TENSÕES DE FASE B)TENSÕES EM SEQUÊNCIA POSITIVA C)TENSÕES
EM SEQUÊNCIA NEGATIVA D) MAGNITUDE DAS TENSÕES DE SEQUÊNCIA POSITIVA E
NEGATIVA E)FREQUÊNCIA DO FLL --- 73
FIGURA 3.12 DIAGRAMA DE CONTROLE DO GERADOR DE CORRENTES REATIVAS DE REFERÊNCIA --- 79
FIGURA 3.13DIAGRAMA DE CONTROLE DA MALHA DE TENSÃO NO LADO CC --- 80
FIGURA 3.14CIRCUITO INTERNO DO CONTROLADOR PI COM ESTRATÉGIA ANTI-WINDUP NO PSCAD --- 82
FIGURA 3.15REPRESENTAÇÃO DO GERADOR DE CORRENTES ATIVAS REFERÊNCIA --- 83
FIGURA 3.16DIAGRAMA DO BLOCO LAÇO DE CORRENTE --- 83
FIGURA 3.17ESQUEMA DO GERADOR DE SINAIS --- 85
FIGURA 3.18(A)SINAIS DE TENSÃO DE REFERÊNCIA E DA ONDA PORTADORA (CARRIER)(B) SINAIS DE DISPARO PARA A CHAVE 𝑆1 E (C) A CHAVE 𝑆4 DO D-STATCOM --- 85
FIGURA 3.19 TENSÕES E CORRENTES INSTANTÂNEAS NO PAC VARIANDO O LIMITE DE SATURAÇÃO DO CONTROLADOR PR(A)1,3(B)0,9-INÍCIO DO CONTROLE DO D-STATCOM --- 88
FIGURA 3.20TENSÕES E CORRENTES INSTANTÂNEAS NO PAC VARIANDO O PARÂMETRO 𝑘𝑎𝑤 DO CONTROLADOR PR(A) 1(B)100-INÍCIO DO CONTROLE DO D-STATCOM --- 88
FIGURA 4.1ESQUEMA SIMPLIFICADO DO SISTEMA EM ESTUDO --- 90
FIGURA 4.2FREQUÊNCIA DA REDE --- 93
FIGURA 4.3TENSÕES TRIFÁSICAS EFICAZES NO PONTO DE CONEXÃO À REDE --- 94
FIGURA 4.4TENSÕES TRIFÁSICAS INSTANTÂNEAS NO PAC --- 94
FIGURA 4.5FATOR DE DESEQUILÍBRIO DA TENSÃO --- 95
FIGURA 4.6 DIT[%] DAS PRIMEIRAS 50 COMPONENTES HARMÔNICAS EM RELAÇÃO À COMPONENTE FUNDAMENTAL DA TENSÃO NO PAC --- 96
FIGURA 4.7 DIT [%] DA COMPONENTE HARMÔNICA 154 ATÉ A COMPONENTE 178 EM RELAÇÃO À COMPONENTE FUNDAMENTAL DA TENSÃO NO PAC --- 96
FIGURA 4.8CORRENTES TRIFÁSICAS NO PAC --- 97
FIGURA 4.9TENSÃO CC NO CAPACITOR --- 97
FIGURA 4.10 TENSÕES EFICAZES E CORRENTES INSTANTÂNEAS NO PAC DURANTE AFUNDAMENTO DA TENSÃO COM AMPLITUDE EM RELAÇÃO À SUA REFERÊNCIA DE (A)0,80 PU (B)0,85 PU (C)0,90 PU (CONTINUA) --- 100
FIGURA 4.11 TENSÕES EFICAZES E CORRENTES INSTANTÂNEAS NO PAC DURANTE AFUNDAMENTO DA TENSÃO COM AMPLITUDE EM RELAÇÃO À SUA REFERÊNCIA DE (A)0,80 PU (B)0,85 PU (C)0,90 PU --- 101
FIGURA 4.12 TENSÕES EFICAZES E CORRENTES INSTANTÂNEAS NO PAC DURANTE ELEVAÇÃO DA TENSÃO COM AMPLITUDE EM RELAÇÃO À SUA REFERÊNCIA DE (A)1,11 PU (B) 1,15 PU (C)1,19 PU (CONTINUA) --- 102
FIGURA 4.13 TENSÕES EFICAZES E CORRENTES INSTANTÂNEAS NO PAC DURANTE ELEVAÇÃO DA TENSÃO COM AMPLITUDE EM RELAÇÃO À SUA REFERÊNCIA DE (A)1,11 PU (B) 1,15 PU (C)1,19 PU --- 102
FIGURA 4.14 (A) CORRENTE NA SAÍDA DO D-STATCOM E (B)TENSÃO CC DURANTE AFUNDAMENTO DA TENSÃO COM AMPLITUDE EM RELAÇÃO À SUA REFERÊNCIA DE 0,8 PU COM TEMPO DE DURAÇÃO DE 500 MS --- 104
FIGURA 4.15 POTÊNCIA REATIVA FORNECIDA PELO D-STATCOM PARA O SISTEMA
DURANTE (A) AFUNDAMENTO (B) ELEVAÇÃO DA TENSÃO --- 106
FIGURA 4.16 FREQUÊNCIA MEDIDA NO FLL PARA EVENTOS DE (A) AFUNDAMENTO E (B)
ELEVAÇÃO DA TENSÃO --- 107
FIGURA 4.17 TENSÕES EFICAZES (A) COM D-STATCOM (B) SEM D-STATCOM, (C)
CORRENTES INSTANTÂNEAS NO PAC E (D)TENSÃO CC DURANTE UMA FALTA BIFÁSICA NAS
FASES A E B COM RESISTÊNCIA DE FALTA 0.1Ω(CONTINUA) --- 108
FIGURA 4.18 TENSÕES EFICAZES (A) COM D-STATCOM (B) SEM D-STATCOM, (C)
CORRENTES INSTANTÂNEAS NO PAC E (D)TENSÃO CC DURANTE UMA FALTA BIFÁSICA NAS
FASES A E B COM RESISTÊNCIA DE FALTA 0.1Ω --- 109
FIGURA 4.19 TENSÕES EFICAZES (A) COM D-STATCOM (B) SEM D-STATCOM E (C)
CORRENTES INSTANTÂNEAS NO PAC DURANTE UMA FALTA BIFÁSICA NAS FASES B E C COM
RESISTÊNCIA DE FALTA 0,1Ω --- 110
FIGURA 4.20 TENSÕES EFICAZES E CORRENTES INSTANTÂNEAS NO PAC DURANTE UMA
FALTA BIFÁSICA NAS FASES A E C COM RESISTÊNCIA DE FALTA 0,1Ω(A)COM D-STATCOM
(B)SEM D-STATCOM --- 111
FIGURA 4.21 TENSÕES EFICAZES (A) COM D-STATCOM (B) SEM D-STATCOM E (C)
CORRENTES INSTANTÂNEAS NO PAC DURANTE UMA FALTA TRIFÁSICA COM RESISTÊNCIA DE
FALTA 0,1Ω --- 112
FIGURA 4.22 TENSÕES EFICAZES (A) COM D-STATCOM (B) SEM D-STATCOM E (C)
CORRENTES INSTANTÂNEAS NO PAC DURANTE UMA FALTA MONOFÁSICA COM RESISTÊNCIA
DE FALTA 0.1Ω --- 114
FIGURA 4.23 TENSÕES EFICAZES E CORRENTES INSTANTÂNEAS NO PAC DURANTE UMA
FALTA BIFÁSICA NAS FASES A E B COM ÂNGULO DE INCIDÊNCIA 0° E RESISTÊNCIA DE (A)1,0
Ω(B)0,5Ω(C)0,1Ω(CONTINUA) --- 115
FIGURA 4.24 TENSÕES EFICAZES E CORRENTES INSTANTÂNEAS NO PAC DURANTE UMA
FALTA BIFÁSICA NAS FASES A E B COM ÂNGULO DE INCIDÊNCIA 0° E RESISTÊNCIA DE (A)1,0
Ω(B)0,5Ω(C)0,1Ω --- 116
FIGURA 4.25 COMPARAÇÃO DA POTÊNCIA REATIVA ENTREGUE PELO D-STATCOM PARA
TRÊS VALORES DE RESISTÊNCIA DE DEFEITO PARA UMA FALTA BIFÁSICA NAS FASES A E B
COM UM ÂNGULO DE INCIDÊNCIA 0°--- 117
FIGURA 4.26 TENSÕES EFICAZES E CORRENTES INSTANTÂNEAS NO PAC DURANTE UMA
FALTA BIFÁSICA NAS FASES B E C DE 0,1Ω PARA OS ÂNGULOS DE INCIDÊNCIA (A)0°(B)45°
(C)90°(CONTINUA) --- 118
FIGURA 4.27 TENSÕES EFICAZES E CORRENTES INSTANTÂNEAS NO PAC DURANTE UMA
FALTA BIFÁSICA NAS FASES B E C DE 0,1Ω PARA OS ÂNGULOS DE INCIDÊNCIA (A)0°(B)45°
(C)90° --- 119
FIGURA 4.28 COMPARAÇÃO DA POTÊNCIA REATIVA ENTREGUE PELO D-STATCOM PARA
TRÊS VALORES DE ÂNGULO DE INCIDÊNCIA PARA UMA FALTA BIFÁSICA NAS FASES B E C COM
RESISTÊNCIA DE DEFEITO 0,1Ω --- 120
FIGURA 4.29CORRENTES NO PAC PARA UMA FALTA TRIFÁSICA COM RESISTÊNCIA DE 0,1Ω
E ÂNGULO DE INCIDÊNCIA 45° (A)SEM BANCO DE BATERIAS (B)COM BANCO DE BATERIAS
--- 121
FIGURA 4.30TENSÕES EFICAZES E CORRENTES INSTANTÂNEAS NO PAC COM UM FATOR DE
FIGURA 4.31 TENSÕES EFICAZES E CORRENTES INSTANTÂNEAS NO PAC COM FATOR DE
POTÊNCIA DE 0,8 PARA UMA CARGA INDUTIVA DE (A)2,1 KVA(B)0,9 KVA --- 124
FIGURA 4.32COMPARAÇÃO DA POTÊNCIA REATIVA PARA DIFERENTES VALORES DE FATOR
DE POTÊNCIA COM CARGA CAPACITIVA DE (A)2,1 KVA(B)0,9 KVA --- 125
FIGURA 4.33COMPARAÇÃO DA POTÊNCIA REATIVA PARA DIFERENTES VALORES DE FATOR
DE POTÊNCIA COM CARGA INDUTIVA DE (A)2,1 KVA(B)0,9 KVA --- 125
Lista de Tabelas
TABELA 2.1QUADRO COMPARATIVO DAS CARACTERÍSTICAS DO GTO,IGCT E IGBT --- 37
TABELA 2.2ESTADOS DE OPERAÇÃO DAS CHAVES NO CONVERSOR DE DOIS NÍVEIS (BINWU,
2006) --- 51
TABELA 2.3 VETORES ESPACIAIS, ESTADOS DE OPERAÇÃO E AS CHAVES EM ESTADO DE
CONDUÇÃO (BINWU,2006) --- 52
TABELA 2.4TEMPOS DE PERMANÊNCIA E LOCALIZAÇÃO DE 𝑉𝑟𝑒𝑓 --- 54
TABELA 2.5ORDEM DAS HARMÔNICAS SEGUNDO O NÚMERO DE PULSOS (ERINMEZ ET AL.,
1998) --- 56
TABELA 2.6CLASSIFICAÇÃO DA TENSÃO NOMINAL MENOR A 1 KV EM REGIME PERMANENTE
--- 59
TABELA 2.7LIMITES DAS DTT PARA TENSÕES NOMINAIS INFERIORES A 1,0 KV --- 59
TABELA 3.1 TENSÕES DE AJUSTE 𝑉𝑚𝑎𝑥 ∗ E 𝑉𝑚𝑖𝑛 ∗ PARA O REGIME PERMANENTE E
TRANSITÓRIO --- 80
TABELA 3.2PARÂMETROS DO SISTEMA DE CONTROLE DO D-STATCOM--- 89
TABELA 4.1DADOS DOS PARÂMETROS DA REDE E DO STATCOM EM ESTUDO --- 91
TABELA 4.2CÁLCULO DOS INDICADORES DE DISTORÇÃO HARMÔNICA TOTAL DE TENSÃO 96
TABELA 4.3 CASOS DE ESTUDO PARA MEDIR O INDICADOR DE VARIAÇÃO DA TENSÃO DE
CURTA DURAÇÃO --- 98
TABELA 4.4CASOS DE ESTUDO DE FALTA --- 99
TABELA 4.5TEMPO MÁXIMO DE DURAÇÃO DO EVENTO DE AFUNDAMENTO DA TENSÃO -- 103
TABELA 4.6TEMPO MÁXIMO DE DURAÇÃO DO EVENTO DE ELEVAÇÃO DA TENSÃO --- 105
TABELA 4.7 RESUMO DOS TEMPOS DE APLICAÇÃO DA FALTA SEGUNDO SEU ÂNGULO DE
INCIDÊNCIA --- 112
TABELA 4.8RESUMO DAS CORRENTES MÁXIMA PARA TODOS OS CASOS DE ESTUDO DE FALTA
--- 120
TABELA 4.9DADOS DAS CARGAS --- 122
Lista de Abreviaturas e Siglas
PAC Ponto de Acoplamento Comum
FACTS Flexible Alternating Current Transmission System STATCOM Static Synchronous Compensator
SVC Static VAR Compensator
VSI Voltage Source Inverter
HVDC High Voltage Direct Current
SCR Short Circuit Ratio
ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica
CSI Current Sourced Inverter
DC Direct Current
AC Alternating Current
VSC Voltage Source Converter
CSC Current Source Converter
PWM Pulse Width Modulation
PLL Phase Locked Loop
FLL Frequency Locked Loop
THD Total Harmonic Distortion
UPFC Unified Power Flow Controller
SSSC Static Synchronous Series Compensator TCSC Thyristor Controlled Series Compensator
GTO Gate Turn-off Thyristor
IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor ICGT Integrated Gate Commutated Thyristor SPWM Sinusoidal Pulse Width Modulation
SVM Space Vector Modulation
ZCD Zero Crossing Detection
ANF Adaptive Notch Filtering AI Artificial Intelligence
DSC Delayed signal Cancellation
PD Phase Detector
LP Loop Filter
VCO Voltage Controlled Oscillator
SIN Sistema Interligado Nacional
ONS Operador Nacional do Sistema Elétrico ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica
DTHI Distorção de Tensão Harmônica Individual DTHT Distorção de Tensão Harmônica Total
PI Proporcional – Integral PR Proporcional – Ressonante
Lista de Símbolos
𝜹 Ângulo de defasagem entre a tensão do sistema e a tensão do compensador 𝒗𝒂𝒔, 𝒗𝒃𝒔, 𝒗𝒄𝒔 Tensões trifásicas na saída do inversor
𝒗𝒄𝒄 Tensão do capacitor do lado CC
𝒏 Fator de desequilíbrio de Tensão 𝒗𝒄𝒄𝒐𝒑 Tensão de operação do capacitor
𝑯𝒄 Constante de inércia do conversor
𝑬𝒄 Energia armazenada no capacitor
𝒎𝒂 Índice de modulação da amplitude
𝒎𝒇 Índice de modulação da frequência
𝑽̂𝒄 Valor pico do sinal modulante ou de controle
𝑽̂𝒑 Valor pico do sinal portadora ou periódica
𝒇𝒄 Frequência do sinal modulante
𝒇𝒑 Frequência do sinal portadora
𝒗𝒇𝒇𝒔 Tensão fase-fase na saída do inversor 𝒉 Ordem da harmônica
𝑽𝒎𝒂𝒙∗ Tensão máxima de referência
𝑽𝒎𝒊𝒏∗ Tensão mínima de referência
𝑽𝒄𝒄∗ Tensão de referência no capacitor do lado CC
𝒗𝒂 , 𝒗𝒃 , 𝒗𝒄 Tensões instantâneas medidas no PAC
𝒗𝜶, 𝒗𝜷 Tensões instantâneas medidas na PAC no marco estacionário
𝒊𝒂 , 𝒊𝒃 , 𝒊𝒄 Correntes instantâneas medidas na saída do inversor
𝒊𝜶, 𝒊𝜷 Correntes instantâneas medidas na saída do inversor no marco estacionário
𝒊𝜶∗, 𝒊𝜷∗ Correntes de referência no marco estacionário
𝒖𝒂 , 𝒖𝒃 , 𝒖𝒄 Sinais portadoras do SPWM
𝒗′, 𝒒𝒗′ Sinais de saída do filtro SOGI
𝝎′ Frequência de sintonização do filtro adaptativo SOGI-FLL 𝒌 Ganho do filtro adaptativo SOGI-FLL
𝜺𝒗 Sinal de erro da tensão do SOGI
𝜺𝒇 Sinal de erro da frequência do FLL
𝚪 Constante de tempo do filtro adaptativo SOGI-FLL 𝒕𝒔 Tempo de estabelecimento
𝜸 Ganho do FLL
𝒗𝜶+ , 𝒗𝜷+ , 𝒗𝜶−, 𝒗𝜷−
Tensões instantâneas no marco de referência estacionário em sequência positiva e negativa na saída do detector de sequência da tensão
𝑰∗ Corrente de referência do gerador de correntes reativas de referência 𝒊𝜶𝒑∗ , 𝒊𝜷𝒑∗ Correntes ativas de referência no marco estacionário
𝒊𝜶𝒒∗ , 𝒊𝜷𝒒∗ Correntes reativas de referência no marco estacionário
𝑷∗ Potência ativa de referência 𝑸∗ Potência reativa de referência
𝑽+ Amplitude da tensão de linha em sequência positiva 𝑽− Amplitude da tensão de linha em sequência negativa
𝜽+, 𝜽− Defasagens iniciais das tensões de linha em sequências positiva e negativa
𝒌𝒒 Ganho do gerador de correntes reativas de referência
𝑰𝒎𝒂𝒙 Corrente máxima nominal do STATCOM
𝐜𝐨𝐬𝐦𝐢𝐧 Cosseno mínimo das tensões de fase
(𝑽+)∗, (𝑽−)∗ Amplitudes em componentes simétricas das tensões de referência
𝒌𝒑 Ganho proporcional do controlador PI
𝑻𝒊 Constante de tempo do integrador do controlador PI
𝑲𝒂𝒘 Ganho anti-windup
𝑴𝒂𝒙𝑶𝒖𝒕 Limite máximo na saída do controlador 𝑴𝒊𝒏𝑶𝒖𝒕 Limite mínimo na saída do controlador
𝑫𝒃𝒍𝒌 Sinal de desbloqueio do controlador 𝑹𝒔𝒕 Parâmetro de reset do controlador
𝒌𝒓 Ganho ressonante do controlador PR 𝜺𝒄 Fator de amortecimento do controlador PR
𝑽𝒏𝒐𝒎 Tensão nominal eficaz do STATCOM (tensão de linha) 𝑽𝒂, 𝑽𝒃, 𝑽𝒄 Tensões eficazes no PAC
Sumário
1. INTRODUÇÃO 20
1.1. Motivação e contribuição da pesquisa 20
1.2. Objetivo Principal 24
1.2.1. Objetivos Específicos 24
1.3. Estrutura do trabalho 25
1.4. Contribuições e melhoramentos da pesquisa 26
2. REVISÃO DA LITERATURA 28
2.1. O Compensador Síncrono Estático (STATCOM) 28
2.1.1. Princípio de Operação 29
2.1.2. Características e aplicações do STATCOM 31
2.2. Estrutura do STATCOM 32
2.2.1. Conversor CC/CA 32
2.2.2. Capacitor do lado de corrente contínua 42
2.2.3. Transformador 43
2.2.4. Sistema de controle 43
2.2.5. Filtro 55
2.3. Harmônicos no STATCOM 55
2.4. Indicadores de desempenho do D-STATCOM 57
3. MODELAGEM DO SISTEMA DE CONTROLE 61
3.1. Descrição da técnica de controle 61
3.2. Metodologia do sistema de controle 65
3.2.1. Detector da componente de sequência da tensão 65
3.2.2. Gerador de correntes reativas de referência 74
3.2.4. Gerador de correntes ativas de referência 82
3.2.5. Controle de corrente 83
3.2.6. Gerador de sinais: SPWM 84
3.3. Comentários sobre o ajuste e análise de sensibilidade dos parâmetros de controle 86
4. DIAGNÓSTICO OPERATIVO DO STATCOM 90
4.1. Comportamento em Regime Permanente 92
4.1.1. Descrição dos testes 92
4.1.2. Simulações e análise de resultados 93
4.2. Comportamento em Regime Transitório 98
4.2.1. Descrição dos testes 98
4.2.2. Simulações e análise dos Resultados 99
4.3. Comportamento com Carga 122
5. CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS 127
5.1. Conclusões 127
5.2. Trabalhos futuros 130
Referências 132
20
Capítulo I
Introdução
1. INTRODUÇÃO
1.1. Motivação e contribuição da pesquisa
O sistema elétrico precisa continuamente encontrar soluções cada vez mais eficientes e seguras para diversos problemas, como o aumento e a variação da demanda, a insuficiência de infraestrutura para a transmissão e distribuição da energia, a deficiência da regulação da tensão, a baixa eficiência de qualidade de energia elétrica, dentre outros. Uma das tecnologias utilizadas consiste na aplicação de controladores FACTS (Flexible AC Transmission System), cuja tecnologia foi desenvolvida nos anos 60 e 70 (HINGORANI; GYUGYI, 2000).
O termo FACTS foi apresentado em (HINGORANI, 1988) como uma tecnologia que provê um alto grau de flexibilidade ao sistema elétrico. É composta por controladores estáticos baseados em eletrônica de potência para melhorar a controlabilidade e aumentar a capacidade de transferência de energia (EDRIS et al., 1997)através do controle de um ou mais parâmetros de sistema de transmissão CA de maneira rápida e contínua.
O compensador síncrono estático (STATCOM: Static Synchronous
Compensator) pertence aos controladores FACTS conectados em paralelo ao sistema
elétrico. No Japão, no ano 1980 (então conhecido como Static VAR Generator) iniciou-se a operação do primeiro protótipo de capacidade de 20 MVA e tensão de operação de 77 kV (YOSHIHIKO SUMI; et al., 1981). Os resultados dos testes com o protótipo possibilitaram o desenvolvimento do dispositivo para maiores potências e diferentes tensões de conexão, tanto no Japão como em outros países (CARREIRO CAVALIERE,
21
2001). Assim, as novas pesquisas avaliando seu desempenho em comparação com outros controladores FACTS, como o SVC, em termos de estabilidade de tensão (MUSUNURI; DEHNAVI, 2010), estabilidade transitória (BADRAN; ABULANWAR, 2011) e uma comparação econômica (AKHTAR; MATHEW, 2016), mostraram que o STATCOM apresenta um dos melhores desempenhos, controlando eficientemente as oscilações eletromecânicas e garantindo uma operação estável do sistema sob diversas perturbações ((AMARA; HSAN, 2012), (K.G.DAMOR; PATEL; V.AGRAWAL, 2014)).
O STATCOM apresenta características operacionais similares as de um compensador síncrono conectado em derivação, o que permite que as formas de onda da tensão e da corrente possam ser alteradas através da comutação de seus componentes estáticos eletrônicos (ERINMEZ et al., 1998), controlando a potência reativa para manter o controle de grandezas específicas de acordo com as necessidades da rede. Isto é feito através da injeção de correntes reativas adiantadas ou atrasadas, atuando como um capacitor ou indutor. Dentro das aplicações do STATCOM temos a melhora da capacidade de transferência de potência do sistema elétrico, assim como da estabilidade do sistema em regime permanente e transitório devido à sua rápida resposta, como nos casos dos equipamentos instalados no Peru (+/- 50 Mvar – 60 kV) (SIEMENS, 2016) e no Chile (+140/-65 Mvar – 220 kV) (“STATCOM | ABB”, [s.d.]).
O STATCOM também é utilizado para reduzir o desbalanço dinâmico das fases causado por cargas industriais em uma rede trifásica, como por exemplo, o equipamento que opera na França (+/-16 Mvar – 90 kV). Além disto, pode mitigar as perturbações ocasionadas por cargas de indústria pesada conectadas a um ponto de alimentação de baixo nível de curto-circuito, provendo uma adequada qualidade de energia e minimizando as perturbações de tensão do tipo flicker (flutuação). Este uso pode ser observado na planta siderúrgica da Finlândia, que tem um STATCOM (+164/0 Mvar – 110 kV) para otimizar o seu desempenho, sem prejudicar outros consumidores de energia elétrica (“STATCOM | ABB”, [s.d.]).
Este compensador de reativo pode ser utilizado junto a cargas especiais (plantas industriais), operando como um controlador confiável de potência reativa dinâmica para ajudar a estabilidade de tensão do sistema de transmissão e para
22
melhorar a qualidade de energia no ponto de conexão. Nos EUA (Texas) foi utilizado o STATCOM com capacidade de +110/-80 Mvar à tensão de 138 kV, com baixo ruído ambiental (“STATCOM | ABB”, [s.d.]).
No Quênia (no lago Turkana) está prevista a operação de uma planta de compensação reativa (300 Mvar – 220 kV) junto a um parque eólico terrestre de 310 MW. Da mesma forma, o Reino Unido tem em operação dois STATCOM (50 Mvar e 2 x 120 Mvar) para assegurar o controle de potência reativa e o controle de tensão de dois parques eólicos em alto mar com capacidade 348 MW e 580 MW. O equipamento contribui ao gerenciar os efeitos da ressonância de baixa frequência (sub-síncrona), manter um fator de potência alto e constante, e também para limitar a distorção harmônica (“STATCOM SVG l RXPE”, [s.d.]).
Sua integração com dispositivos de armazenamento de energia (baterias, supercapacitores, flywheels e ímãs supercondutores) melhora a flexibilidade e controle de potência ativa e reativa de sistemas de transmissão e distribuição. Assim, pode ser usado para estabilizar a rede durante eventos rápidos, balancear as cargas, mitigar flutuações da tensão e amortecer oscilações de potência. Dessa maneira, o uso do E-STATCOM (Energy Storage Static Synchronous Compensator) pode compensar mudanças rápidas de cargas, assim como estabilizar uma rede durante perturbações, como a desconexão de uma linha (WEIDENMO, 2012). Pode-se citar também, a aplicação do STATCOM com BESS (Battery Energy Storage System) na integração de fontes de energia renovável intermitente (sobretudo a eólica) ao sistema elétrico, permitindo às fontes de geração fornecer a máxima energia possível e armazenar aquela que não pode ser injetada à rede. Também é identificado seu uso em sistemas de geração distribuída para maximizar a injeção de potência numa rede fraca (CHAKRABORTY et al., 2012).
A aplicação do STATCOM em sistemas de distribuição é chamada de D-STATCOM (Distribution Static Synchronous Compensator) e está destinado principalmente em resolver problemas de regulação de tensão (ÇETIN; ERMIŞ, 2009) assim como melhorar a qualidade da tensão (REED et al., 2000), controle de potência reativa e balanceamento de carga. Alguns destes problemas são eventos de
23
afundamento e elevação da tensão causados por perturbações transitórias, como faltas simétricas e assimétricas, a conexão/desconexão de cargas, entre outros. Como o sistema elétrico está constantemente exposto à ocorrência de defeitos, o desempenho do dispositivo durante faltas foi foco de estudo nas últimas décadas.
O STATCOM pode controlar rapidamente a potência reativa dinâmica para dar suporte de tensão ao sistema durante faltas mediante o uso de estratégias de controle complementares, permitindo ao compensador permanecer conectado e limitando as sobrecorrentes no conversor fonte de tensão (VSC - Voltage Source
Converter) ((BHATTACHARYA; XI, 2006), (SURESH; PANDA, 2010)). Além disso, o
seu desempenho pode ser comparado ao do compensador estático (SVC - Static VAR
Compensator) para sistemas fracos, com baixa relação de curto-circuito (SCR - Short Circuit Ratio), demonstrando a sua superioridade no tempo de resposta e
amortecimento das oscilações depois da eliminação da falta (BADRAN; ABULANWAR, 2011). De maneira complementar, a referência (CARREIRO CAVALEIRE, 2008) denotou técnicas mitigadoras das perturbações causadas por componentes de sequência negativa, utilizando a teoria das potências instantâneas. Alguns grupos de pesquisadores avaliaram o desempenho do D-STATCOM para afundamento da tensão em protótipos de laboratório, como o trabalho da referência (CASTILLA et al., 2014) que apresentou novas estratégias de controle para dar suporte flexível da tensão durante condições de desbalanço da tensão, além de limitar a corrente na entrada do compensador com a finalidade de protegê-lo e mantê-lo conectado ao sistema.
O presente trabalho está baseado na referência (CASTILLA et al., 2014) e adapta as estratégias de controle do D-STATCOM para sua operação no sistema elétrico brasileiro.
Como usualmente não se tem acesso aos dados de controle do D-STATCOM (por serem dados dos fabricantes - proprietários) foi simulado um equipamento utilizado em laboratório e alimentado na tensão de rede (127 V). Para este equipamento praticamente todas as informações, tanto do controle quando dos componentes eletrônicos, foram fornecidas, o que possibilitou a realização do estudo.
24
Desta forma, há uma simplificação em relação à potência do conversor, que é muito menor do que um equipamento real, mas o seu desempenho reproduz o de um equipamento utilizado na distribuição.
Foi avaliado o seu desempenho em regime permanente de acordo com os indicadores estabelecidos pelo Módulo 8 dos Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional (PRODIST), focado na qualidade da tensão. A análise durante condições de transitórios é feita com a finalidade de indicar as margens de operação e permitir a identificação dos requisitos para a estratégia de controle do compensador.
Para o estudo do equipamento durante a ocorrência de perturbações transitórias foram simuladas faltas bifásicas e trifásicas com diferentes ângulos de incidência e resistências de falta. Os casos de faltas monofásicas não foram incluídos, apesar de este defeito ser o mais frequente no sistema elétrico (DA ROCHA DIAS, 2018), nem bifásicas a terra, porque a topologia da rede (três fios) elimina a componente de sequência zero da corrente. No estudo deseja-se avaliar o cenário mais crítico considerando o tempo de resposta e as solicitações mais severas.
1.2. Objetivo Principal
O trabalho tem como objetivo realizar uma análise do desempenho do D-STATCOM de 2,33 kVA para diferentes condições operativas em regime permanente e transitório.
1.2.1. Objetivos Específicos
Para atingir o objetivo principal, pretende-se realizar as seguintes etapas:
• Definição do sistema de energia com dados reais obtidos do protótipo de laboratório da referência (CASTILLA et al., 2014).
• Estudar a estrutura e funcionamento do STATCOM para um sistema de distribuição.
25
• Estudar e avaliar as diferentes estratégias de controle do D-STATCOM para condições de desbalanço de tensão.
• Modelar o sistema elétrico em estudo no software PSCAD /EMTDC.
• Avaliar o comportamento do D-STATCOM em regime permanente e transitório.
• Identificar as margens operativas do D-STATCOM nas diferentes condições de operação, para um bom desempenho do sistema.
1.3. Estrutura do trabalho
A presente pesquisa está estruturada em cinco capítulos conforme descrito: O presente capítulo apresenta uma introdução ao tema, com a motivação do trabalho, o objetivo principal, os objetivos específicos, e a organização do texto.
O capítulo 2 descreve a revisão bibliográfica sobre o STATCOM e os indicadores de desempenho. Inicialmente é apresentado o seu princípio de funcionamento, suas características e principais aplicações, sua estrutura e os harmônicos presentes no dispositivo. Em seguida são apresentados os critérios de comportamento para o sistema em estudo.
O capítulo 3 detalha a modelagem do sistema de controle. Mediante uma revisão bibliográfica das diversas estratégias de controle é escolhida aquela que melhor se adapta ao objetivo da pesquisa. Em seguida se expõe a metodologia empregada e a análise de sensibilidade de seus parâmetros de controle, através de simulações que reproduzem o funcionamento do sistema de controle.
O capítulo 4 apresenta o diagnóstico operativo do D-STATCOM em regime permanente e transitório. O primeiro estudo inclui uma avaliação dos perfis das tensões, correntes e potências no PAC, obtidas das simulações efetuadas no PSCAD, de acordo aos indicadores de desempenho. O seguinte mostra a análise dos perfis em regime transitório, simulados para diferentes condições de operação segundo os critérios de operação do sistema em estudo.
O último capítulo contém as conclusões finais da pesquisa, assim como sugestões para trabalhos futuros.
26
1.4. Contribuições e melhoramentos da pesquisa
As principais contribuições da pesquisa foram as adaptações implementadas no circuito elétrico e do sistema de controle do D-STATCOM em relação ao apresentado na referência na qual o trabalho foi baseado (CASTILLA et al., 2014a), como listado a seguir.
Sistema elétrico:
− Foi inserida uma resistência de amortecimento conectada em série com o capacitor do lado CC do conversor durante o início da conexão do compensador com o sistema, com a finalidade de limitar a corrente inrush na entrada do dispositivo.
− Foram modeladas as resistências do filtro LCL e das chaves semicondutoras, assim como a resistência em paralelo ao capacitor do lado CC, para melhorar a estabilidade (robustez) do circuito de controle frente à presença dos harmônicos de tensão na rede, cuja frequência pode coincidir com a frequência de ressonância do filtro, resultando em oscilações não amortecidas, ruído e até um mau funcionamento do D-STATCOM.
− O transformador de acoplamento foi modelado sem a saturação do seu núcleo magnético e sem as perdas no cobre, tendo sido incluída somente a indutância de dispersão.
Sistema de Controle:
− Foi implementada a estratégia anti-windup em todos os controladores PI e PR, adicionando outros parâmetros de ajuste, como os limites de saturação (𝑀𝑎𝑥𝑂𝑢𝑡 e 𝑀𝑖𝑛𝑂𝑢𝑡) e a constante proporcional anti-windup (𝐾𝑎𝑤), para evitar a saturação da parte integral em cada um destes controles.
− Uma nova estratégia de controle foi desenvolvida para a operação do D-STATCOM no regime transitório, ajustando-se as tensões máximas e mínimas de referência de acordo com os valores limites adotados no sistema de distribuição brasileiro.
27
Finalmente, este trabalho pretende contribuir na identificação dos limites operacionais do D-STATCOM durante a operação em regime permanente e sob perturbações transitórias decorrentes de faltas e manobras em um sistema elétrico de baixa tensão de três fios, assim como uma análise de sensibilidade dos seus parâmetros de controle durante estes cenários referido a (CASTILLA et al., 2014a).
28
Capítulo II
Revisão da Literatura
2. REVISÃO DA LITERATURA
2.1. O Compensador Síncrono Estático (STATCOM)
O STATCOM é um controlador FACTS conectado em derivação capaz de modificar a potência reativa para controlar rapidamente suas tensões de saída, tanto em magnitude quanto em ângulo de fase, em relação à tensão no ponto de conexão. Apresenta um comportamento análogo a um compensador síncrono sem a inércia mecânica, pois está formado por elementos de comutação eletrônica de estado sólido. Não possui nenhuma fonte de energia (HINGORANI; GYUGYI, 2000), exceto um capacitor, que é um elemento de armazenamento de energia no lado CC, que garante uma constante de inércia muito baixa (100 a 1000 vezes menor do que um compensador síncrono).
Desta forma é, basicamente, usado para compensação dinâmica em sistemas de potência, provendo rápido suporte de tensão, e para melhorar a margem de estabilidade transitória ou o amortecimento das oscilações. Por outro lado, quando o equipamento é usado na distribuição, D-STATCOM, o objetivo é a regulação da tensão para melhorar sua qualidade, o controle de potência reativa e do balanceamento de carga. A Figura 2.1 apresenta o circuito de potência geral deste compensador com os seus principais componentes: o conversor fonte de tensão (VSC – Voltage Source
Converter), o capacitor do lado de corrente contínua (CC) do conversor, o
29
FIGURA 2.1DIAGRAMA PRINCIPAL DO D-STATCOM
2.1.1. Princípio de Operação
Inicialmente o seu funcionamento era descrito como uma fonte de tensão ajustável atrás de uma reatância, ilustrado na Figura 2.2. Desta forma, o STATCOM efetuava o intercâmbio de potência reativa assim como de potência ativa entre o inversor e o sistema CA, controlando a variação da amplitude da tensão de saída do dispositivo (𝑉̅𝑠𝑡𝑎𝑡𝑐𝑜𝑚) e a mudança do ângulo de defasagem entre as duas tensões (𝛿). O controle de potência reativa é feito através da injeção de corrente reativa adiantada ou atrasada, operando como um capacitor ou um indutor.
FIGURA 2.2EQUIVALENTE SIMPLIFICADO DO STATCOM(CARREIROCAVALIERE,2001)
A Figura 2.3 denota os diagramas fasoriais dos cinco casos de operação do dispositivo para este tipo de representação do compensador, considerando resistências desprezíveis e diferentes ajustes do 𝛿. Destas observações, o primeiro caso (Figura 2.3 (a)) mostra uma tensão 𝑉̅𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 adiantada em relação à 𝑉̅𝑠𝑡𝑎𝑡𝑐𝑜𝑚 (0° < 𝛿 < 90°) onde existe um fluxo de potência ativa em direção ao STATCOM. No segundo caso, Figura
Conversor fonte de tensão
Transformador
de acoplamento Sistema elétrico equivalente
Sistema de controle
30
2.3(b), 𝑉̅𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 está atrasada em relação à 𝑉̅𝑠𝑡𝑎𝑡𝑐𝑜𝑚 (−90° < 𝛿 < 0°) ocasionando um fluxo de potência ativa em direção ao sistema.
As figuras restantes mostram um ângulo de defasagem nulo entre as tensões, portanto não existe fluxo de potência ativa. Continuando com os casos, a Figura 2.3(c) apresenta a tensão 𝑉̅𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 igual à 𝑉̅𝑠𝑡𝑎𝑡𝑐𝑜𝑚, portanto não há transferência de potência ativa nem corrente reativa. O quarto caso, Figura 2.3(d), a 𝑉̅𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 está em fase com a 𝑉̅𝑠𝑡𝑎𝑡𝑐𝑜𝑚, e |𝑉̅𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎| > |𝑉̅𝑠𝑡𝑎𝑡𝑐𝑜𝑚|, então a corrente flui do sistema até o STATCOM, e este apresenta corrente reativa indutiva (atrasada). Finalmente na Figura 2.3(e), 𝑉̅𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 também está em fase com 𝑉̅𝑠𝑡𝑎𝑡𝑐𝑜𝑚, onde |𝑉̅𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎| < |𝑉̅𝑠𝑡𝑎𝑡𝑐𝑜𝑚|, nesse caso 𝐼̅ flui através da reatância do compensador em direção ao sistema, gerando corrente reativa capacitiva (adiantada) (CARREIRO CAVALIERE, 2001).
FIGURA 2.3DIAGRAMAS FASORIAIS DE TENSÕES E CORRENTES (CARREIROCAVALIERE,2001) O intercâmbio de potência ativa entre o sistema CA e os terminais de saída do inversor é possível graças ao ajuste da defasagem angular entre essas tensões e a tensão CA do STATCOM. O capacitor opera como um componente de armazenamento de energia (CC), o que permite fornecer ou consumir unicamente potência ativa. Em vista disso, o inversor simplesmente interconecta os terminais CA para que as correntes reativas da saída possam circular livremente entre as fases da rede.
Embora a potência reativa nos terminais do STATCOM seja produzida internamente pela ação de uma adequada sequência de chaveamento dos elementos de comutação do inversor, um capacitor deve ser conectado no seu lado CC, pois disponibiliza um caminho para a corrente circulante, assim como uma fonte de tensão (MATHUR; VARMA, 2002).
31
Verifica-se assim que uma fonte de tensão com capacidade de controle de fase pode direcionar o fluxo de potência ativa, e com o controle de amplitude pode-se controlar a potência reativa naquele ponto do circuito. (CARREIRO CAVALIERE, 2001).
2.1.2. Características e aplicações do STATCOM
A característica V-I do STATCOM descreve sua propriedade de fornecer e controlar a corrente de saída sobre a faixa máxima nominal capacitiva ou indutiva, quase independentemente da tensão do sistema e da impedância equivalente no ponto de conexão, como é ilustrado na Figura 2.4(a). Esta capacidade é particularmente útil para controlar a tensão do sistema durante e após contingências de forma rápida, onde o colapso de tensão seria um fator limitante.
FIGURA 2.4(A)CARACTERÍSTICA V-I DO STATCOM(B)CARACTERÍSTICA V-Q DO STATCOM(ERINMEZ ET AL.,1998)(ADAPTADO PELO AUTOR)
No STATCOM, a faixa máxima nominal de corrente capacitiva ou indutiva é determinada pela capacidade máxima de corrente das chaves (limitada pela temperatura de junção máxima permitida dos equipamentos) do conversor do STATCOM. Em vista disso, pode-se ter um aumento das correntes transitórias nas
(a) (b) 0 Região indutiva Região capacitiva 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Classificação transitória Classificação transitória ( ) 0 Região indutiva Região capacitiva 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Classificação transitória ( )
32
regiões operacionais capacitivas e indutivas dependendo da especificação e características dos componentes eletrônicos de potência utilizados (MATHUR; VARMA, 2002).
A característica típica da potência reativa em função da tensão do sistema no ponto de acoplamento é mostrada na Figura 2.4(b) indicando que o STATCOM é capaz de fornecer potência reativa linearmente decrescente com a tensão do sistema, uma vez que o limite é dado pela capacidade de controle das chaves.
Estas características operacionais oferecem maior desempenho no sistema elétrico do que outras tecnologias FACTS, como o Compensador estático de reativos (SVC - Static VAR Compensator). Entre as mais notáveis aplicações do STATCOM está a sua regulação e o controle eficaz da tensão no ponto de conexão de maneira rápida, seguido da função de melhorar a capacidade de transferência de energia em regime permanente, bem como a margem de estabilidade transitória e qualidade da tensão. Adicionalmente pode-se citar a capacidade de amortecer as oscilações do sistema de potência e oscilações subsíncronas, além de ajudar a equilibrar o carregamento das fases, reduzir as flutuações de tensão, incluindo o flicker. Pode ser utilizado também nos sistemas de distribuição (ERINMEZ et al., 1998) contanto que a rede apresente características mais indutivas do que resistivas, pois caso contrário a aplicação do compensador é ineficiente.
2.2. Estrutura do STATCOM
2.2.1. Conversor CC/CA
O conversor pode ser definido como um circuito multiportas, composto por chaves semicondutoras, cuja principal função é converter tensão CC em CA. Ademais, são classificados em função do tipo de subsistema elétrico: CC/CA, CA/CC, CC/CC e CA/CA, mais apenas os dois primeiros são de interesse nesta pesquisa.
Nesse sentido, o conversor CC/CA interliga um subsistema de corrente contínua para um subsistema de corrente alternada e vice-versa. Este é chamado de
33
Retificador quando o sentido do fluxo de energia é do lado CA para o lado CC. Em contrapartida, se o sentido do fluxo de energia é do lado CC para o lado CA, este conversor é chamado de Inversor (YAZDANI; IRAVANI, 2010).
A conversão da tensão em corrente contínua para alternada no STATCOM é feita através de uma adequada sequência de chaveamento dos elementos de comutação do inversor.
2.2.1.1. CONVERSOR FONTE DE TENSÃO (VSC–Voltage Source Converter)
O VSC tem do lado CC uma fonte de tensão CC obtida pela conexão em paralelo de um capacitor. Analogamente ao conversor fonte de corrente (CSC –
Current Source Converter) usado em algumas aplicações do STATCOM (BILGIN et
al., 2007), o VSC produz um conjunto de tensões controláveis CA na frequência do sistema. Este tipo de conversor constitui uma peça fundamental dos dispositivos FACTS como o STATCOM, o SSSC (Static Synchronous Series Compensator), o UPFC (Unified Power Flow Controller), o IPFC (Interline Pwer Flow Controller), o HVDC, entre outros, pela vantagem de possuir características operacionais equivalentes a um compensador síncrono rotativo ideal (Figura 2.2). Este comportamento é obtido através do uso de chaves totalmente controláveis de condução reversa (chave unidirecional em corrente e tensão com um diodo conectado em antiparalelo).
Na Figura 2.5 é apresentada uma configuração básica de um conversor trifásico que usa IGBT e diodos, porém pode ser usado outro tipo de comutador que apresente tempo de comutação relativamente curto. A saída do conversor está conectada ao sistema CA por um indutor para assegurar que o capacitor do lado CC não seja curto-circuitado ou descarregado rapidamente (MATHUR; VARMA, 2002). Adicionalmente, o elemento indutivo deve ser usado para impedir que as harmônicas produzidas pelo inversor sejam injetadas no sistema elétrico.
34
FIGURA 2.5INVERSOR TRIFÁSICO TIPO FONTE DE TENSÃO
A forma de onda da tensão na saída deste inversor trifásico de seis pulsos (𝑣𝑎𝑠, 𝑣𝑏𝑠, 𝑣𝑐𝑠 ) é praticamente quadrada, e a conexão de um elemento indutivo em série resulta numa tensão senoidal de alta qualidade, ou seja, com baixo conteúdo harmônico.
2.2.1.2. CHAVES USADAS NO CONVERSOR
A capacidade da tensão de bloqueio e a corrente de interrupção do conjunto de chaves utilizadas nos conversores do STATCOM determinam a sua potência, assim uma topologia adequada, que envolve várias chaves, pode aumentar a potência nominal do compensador (CARREIRO CAVALIERE, 2001).
Segundo o diagrama principal do inversor tipo fonte de tensão, apresentado na Figura 2.5, cada chave é composta pela conexão em antiparalelo de um dispositivo de comutação unidirecional totalmente controlável e um diodo. Esta chave também é conhecida como comutador de condução reversa e está comercialmente disponível como IGBT ou IGCT (YAZDANI; IRAVANI, 2010). Para determinar as chaves usadas no inversor deve-se considerar a frequência de comutação do dispositivo e sua conexão em série.
A primeira restrição num projeto é minimizar a perda de comutação, que está relaciona com a resistência térmica do dispositivo, e a sua redução geralmente causa um aumento na distorção harmônica das formas de onda do lado CA do inversor. Por
Interface
Indutiva Carga Fonte de
tensão
35
esse motivo deve-se minimizar a distorção da forma de onda com frequências de chaveamento adequadas. No entanto, a segunda restrição deseja equalizar a tensão total no modo de bloqueio ou durante os transitórios dos dispositivos conectados em série através de um esquema confiável para proteger os dispositivos de comutação e melhorar a confiabilidade do sistema (BIN WU, 2006).
Outras considerações num projeto são a confiabilidade, a eficiência, a proteção efetiva contra falhas e o desempenho dinâmico. A seguir serão apresentadas as chaves semicondutoras mais importantes, desde o início do desenvolvimento do STATCOM até a atualidade.
A. GTO (Gate Turn Off Thyristor)
Este dispositivo com a propriedade de autoextinção da condução pode ser desligado por uma corrente negativa de porta. Dispõe de duas estruturas: o GTO simétrico possui capacidade de bloqueio de tensão reversa adequado para os conversores tipo fonte de corrente; e o GTO assimétrico geralmente é usado em conversores tipo fonte de tensão, onde a capacidade de bloqueio de tensão reversa não é necessária.
Embora o GTO tenha apresentado uma boa adaptabilidade nos conversores de alta potência (tensão nominal de 6 kV com corrente nominal de 6 kA) do STATCOM, o componente apresentou vários inconvenientes como baixa frequência de chaveamento (apenas 1 kHz na velocidade de comutação), circuitos amortecedores volumosos e caros, altas perdas na comutação e nos amortecedores, e dispositivos de porta (gate) complexos (BIN WU, 2006). Este dispositivo foi descontinuado no ano 2004.
B. IGCT (Integrated Gate Commutated Thyristor)
Foi desenvolvido a partir da estrutura GTO e aperfeiçoado para operar sem amortecedores e gerar baixa perda de comutação. O IGCT pode ser classificados em 3 tipos: assimétricos (comumente usados para conversores tipo fonte de tensão),
36
reversíveis e simétricos (usados em conversores tipo fonte de corrente) (BIN WU, 2006).
Comparado com o GTO, este dispositivo tem melhores características de partida, menores perdas de condução e comutação, e maior confiabilidade do acionamento do gate, juntamente com um controle mais simples. É usado na atualidade e pode operar na mesma tensão e corrente nominal do GTO e na faixa de frequência de unidades de kHz, permitindo que algoritmos mais elaborados sejam utilizados no sistema de controle (QINGGUANG YU et al., 2004).
C. IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)
Este transistor é um dispositivo controlado por tensão e requer uma corrente de gate da ordem de 𝜇A quando está totalmente ligado ou desligado. Entre as suas vantagens está excelente característica de comutação graças à sua alta velocidade de tempo de resposta (pode ser ligado em 1 μs e desligado em 2 μs). Ademais possui um dispositivo gate simples e apresenta uma proteção confiável contra curto-circuito e sobretensão no desligamento, além de poder operar sem circuitos amortecedores (BIN WU, 2006).
O uso do IGBT facilita a correção do fator de potência e a redução de harmônicos produzidos pelo VSC (REDDY et al., 2012). Permite conexão em série, resultando em potência dos conversores na faixa de MVA, através de adequadas técnicas que diminuem o desbalanço das tensões entre as chaves, que surgem devido às capacitâncias parasitas (NGUYEN et al., 2010). Apresenta baixas perdas de comutação e pode ser usado em altas frequências de comutação da ordem de unidades de kHz (GRÜNBAUM, 2009). Porém, os valores nominais de tensão e corrente são menores do que os do GTO e do IGCT, como visualizado na ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia..
Na atualidade, os IGBTs são chaves com capacidades de tensão e corrente elevadas (6,5 kV, 3 kA) para conversores D-STATCOM com capacidade de MW, capazes de operar em frequências da ordem de até 2 kHz (CARREIRO CAVALIERE, 2001).
37
A Tabela 2.1 sumariza as principais características dos dispositivos de comutação. O IGBT foi modelado no D-STATCOM no programa PSCAD.
TABELA 2.1QUADRO COMPARATIVO DAS CARACTERÍSTICAS DO GTO,IGCT E IGBT
Características GTO1 IGCT IGBT
Classificação de tensões e
correntes máximas Maior Maior Menor
Velocidade de comutação Lenta Moderada Rápida
Proteção de curto-circuito e
limitador de sobretensões Não Não Sim
Perdas na condução Baixa Baixa Alta
Perdas na comutação Alta Média Baixa
Comportamento após sua
destruição Curto-circuito Curto-circuito Circuito aberto
Dispositivo gate Complexo Complexo Simples
Disponível no PSCAD Sim Não Sim
1- Descontinuado em 2004.
(Fonte (BIN WU, 2006))
2.2.1.3. TOPOLOGIAS AVANÇADAS DO INVERSOR STATCOM
Quando o STATCOM opera somente como inversor (injetanto potência ativa na rede) ele é denominado Inversor STATCOM. Sua topologia deve prover uma forma de onda da tensão de saída semelhante a uma onda senoidal de modo a eliminar ou minimizar a necessidade de filtragem harmônica, assim como aumentar a potência reativa nominal alcançável.
Assim, as numerosas topologias podem ser classificadas em Multipulso e Multinível. A modelagem da primeira topologia precisa de transformadores de acoplamento de configuração normal (Y − Y ou Y − ∆) ou especial, como o Zig-Zag. Enquanto a segunda topologia, dependendo do nível de tensão e a Distorção
38
Harmônica da Tensão no PAC segundo os códigos de rede de cada país, não requerem transformadores.
Para selecionar a topologia adequada do inversor STATCOM, segundo a referência (LEE et al., 2003), devem ser considerados os seguintes critérios:
• O número de chaves semicondutoras usadas para satisfazer os requerimentos de redundância no caso de falha de alguma chave.
• A estimação das perdas totais do STATCOM (transformadores e conversor) para determinar sua modelagem térmica.
• Garantir que todas as chaves semicondutoras presentem a mesma solicitação de tensão. Além disso, a seleção das chaves semicondutoras dependerá da capacidade de corrente nominal do conversor.
• No caso da topologia multinível, deve ser garantido o balanço da tensão em todos os capacitores do lado CC do conversor.
• O controle de disparo das chaves deve ser adaptado para o tipo de topologia empregada, garantindo uma adequada comutação das chaves para controlar a magnitude e a forma de onda da tensão de saída do conversor. • Deve-se considerar a flexibilidade e a extensibilidade para incrementar a
capacidade nominal de potência, nível de tensão e desempenho harmônico do compensador.
• O espaço ocupado na instalação do STATCOM no PAC.
A. TOPOLOGIA MULTINÍVEL
A principal vantagem desta topologia, em comparação com a topologia multipulso, é a possibilidade da eliminação do transformador de acoplamento e, como consequência, a redução de custos econômicos de instalação, assim como de perdas de potência, área física ocupada no sistema elétrico e problemas no sistema de controle do conversor devido à saturação dos transformadores. Por outro lado, não precisam de uma frequência de chaveamento elevada, diminuindo as perdas de potência (PENG; MCKEEVER; ADAMS, 1998).
39
Assim, os conversores multiníveis são capazes de produzir formas de onda de tensão de saída com baixa distorção harmônica mediante a seleção de ângulos apropriados de disparo no gate dos dispositivos de comutação e a conexão em série de inversores monofásicos em ponte completa. Desta forma é possível aumentar a sua tensão e potência, sem a necessidade de utilizar transformadores para sua conexão direta com a rede em média tensão (ERINMEZ et al., 1998). As topologias em destaque são o circuito com diodo grampeado (diode clamped), configuração capacitor flutuante (flying capacitor) e o tipo cascata (cascaded) denotadas na Figura 2.6 (ARRILLAGA; LIU; WATSON, 2007).
Contudo, estes conversores requerem geralmente um controle complexo para manter constante a tensão CC e a qualidade da forma de onda da tensão da saída, particularmente sob perturbação do sistema (MATHUR; VARMA, 2002). Por essa razão, se optou por trabalhar com um inversor básico de dois níveis em virtude de sua topologia e técnica de modulação por largura do pulso (PWM - Pulse Width
Modulation) serem mais simples.
(a) (b) (c)
FIGURA 2.6DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DE UM INVERSOR MONOFÁSICO MULTINÍVEL DO TIPO (A)CASCATA (B)
40
B. TOPOLOGIA MULTIPULSO
Esta topologia, usada na década de 1990 e início do ano 2000, utiliza múltiplos números de unidades (𝑁) de conversores básicos de seis pulsos (Figura 2.7) conectados eletromagneticamente com uma defasagem apropriada através de transformadores para produzir uma forma de onda da tensão CA próxima à senoidal (AL-HADDAD et al., 2009). Apesar de ter uma técnica simples e eficaz para minimizar os componentes harmônicos de baixa frequência da tensão CA do VSC, e os requisitos de filtragem associados (YAZDANI; IRAVANI, 2010)encareceram muito o STATCOM.
O ângulo de deslocamento (𝜑) entre dois conversores de seis pulsos está denotado na equação (2.1) e a ordem das componentes harmônicas ímpares da tensão CA, na equação (2.2).
𝜑 = 2𝜋 6𝑁⁄ (2.1)
ℎ = 6𝑁𝑘𝑛 ± 1 , sendo 𝑘𝑛 = 1,2,3 … (2.2) O incremento da ordem do pulso resulta no aumento do número de elementos eletrônicos (chaves semicondutoras), magnéticos (transformadores) e outros componentes associados, ampliando o custo do compensador. Porém, o maior número de pulsos permite ao STATCOM diminuir os harmônicos na tensão e melhorar seu desempenho operacional.
FIGURA 2.7CONVERSOR BÁSICO DE SEIS PULSOS DE DOIS NÍVEIS (MATHUR;VARMA,2002)
A Figura 2.8 exibe o diagrama esquemático geral da topologia multipulso de um STATCOM composto por 𝑁 conversores, cujos lados CC estão conectados em paralelo a um capacitor comum e seus lados CA estão conectados a um arranjo de
Lado
CC
Lado
41
transformadores de interface eletromagnética, que por sua vez são ligados a um sistema elétrico equivalente através de um transformador de acoplamento. Também são mostrados os ângulos de defasagem de cada conversor em referência ao primeiro.
FIGURA 2.8CONFIGURAÇÃO MULTIPULSO DE UM STATCOM DE 6𝑁 PULSOS (AL-HADDAD ET AL.,2009)
Os sistemas de transmissão precisam de compensadores de maior potência do que os sistemas de distribuição, sendo utilizadas topologias multinível, de modo a gerar maior potência reativa (na ordem de Mvar) para fornecer suporte de tensão nos barramentos da rede. Por outro lado, os conversores do D-STATCOM podem ter uma topologia mais simples e econômica. O conversor de 6 pulsos de dois níveis (apresentada na Figura 2.5) é utilizado em protótipos de laboratório e tem como foco regular a tensão em sistemas de distribuição. Contudo, esta topologia produz alta variação e distorção harmônica total (THD - Total Harmonic Distortion) em sua tensão de saída e, portanto, geralmente requer um filtro LCL em seus terminais de saída (BIN WU, 2006).
Com a finalidade de avaliar o desempenho do D-STATCOM no sistema elétrico brasileiro em regime permanente e sob perturbações, optou-se por escolher a topologia
Sistema elétrico equivalente Transformador de acoplamento Capacitor Conversores de 6 pulsos Ar ra nj o de tr ans for ma dor es de i nter fase el etr oma gnéti ca
42
da referência (CASTILLA et al., 2014) que apresenta praticamente todos os dados do sistema e compensador.
2.2.2. Capacitor do lado de corrente contínua
O capacitor deve ser conectado no lado CC do conversor a fim de prover a tensão CC, e prover um caminho para a corrente circulante que vem do sistema.
A tensão constante nos seus terminais 𝑣𝑐𝑐 serve como uma fonte de tensão contínua, possibilitando a atuação do STATCOM como conversor (inversor e retificador). Além disso, este elemento serve como acumulador temporário de energia permitindo trocas entre o sistema elétrico e os terminais CA do inversor (MATHUR; VARMA, 2002).
As amplitudes das componentes fundamentais das tensões trifásicas na saída do conversor (𝑣𝑎𝑠, 𝑣𝑏𝑠 e 𝑣𝑐𝑠) são definidas pela amplitude da tensão 𝑣𝑐𝑐. Por esse motivo, é importante que a tensão no terminal do capacitor se mantenha constante para limitar o ripple (ondulação) produzido por condições de desbalanço da tensão no ponto de acoplamento comum com o sistema.
O dimensionamento do capacitor dependerá dos seguintes parâmetros: a capacitância (𝐶) [µ𝐹], a constante de inércia do conversor (𝐻𝑐) [𝑠], a tensão de operação do capacitor (𝑣𝑐𝑐𝑜𝑝) [𝑘𝑉] ou sua energia armazenada (𝐸𝐶) [𝑀𝐽] e a potência aparente do STATCOM (𝑆) [MVA], descrito em (NASCIMENTO et al., 2017).
𝐸𝑐 = 1 2𝐶𝑣𝑐𝑐
2 (2.3)
𝐻𝑐 =𝐸𝑐
𝑆 (2.4)
Por outro lado 𝑣𝑐𝑐𝑜𝑝 está relacionada com o valor da amplitude da componente fundamental da tensão gerada pelo conversor 𝑉𝑎𝑏1 (tensão fase-fase). Esta relação pode ser expressa por (2.6) (CARREIRO CAVALIERE, 2001), deduzido da expressão (2.5) (MATHUR; VARMA, 2002):
43
𝑣𝑎𝑏1= 2√3
𝜋 𝑣𝑐𝑐sin(𝜔𝑡) (2.5)
𝑣𝑐𝑐 𝑜𝑝= 𝜋
√6𝑉𝑎𝑏1 (2.6)
Das expressões (2.3), (2.4) e (2.6), deduz-se o valor da capacitância: 𝐶 =2𝑆𝐻𝑐
𝑣𝑐𝑐2 (2.7)
Altos valores de 𝐻𝑐 (acima de 20 ms, embora inicialmente era usado 0,6 ou 1 ms) limitam as oscilações no capacitor, porém aumentam o seu tamanho. Um maior capacitor afeta a resposta dinâmica (só na topologia multipulso) do inversor, assim como o custo e tamanho do STATCOM (NASCIMENTO et al., 2017).
2.2.3. Transformador
Tipicamente o STATCOM está conectado ao sistema através de um transformador trifásico (transformador de acoplamento), principalmente para ajustar o nível de tensão no PAC à tensão do sistema, e também para bloquear a sequência zero, e finalmente para servir como amortecedor de transitórios. Desta forma também é possível reduzir o conteúdo harmônico injetado pelo compensador à rede elétrica, particularmente, devido à estrutura magnética do transformador, utilizando diferentes conexões (zigue-zague, estrela-delta), podendo ser ainda mais complexas do que as dos transformadores de acoplamento.
2.2.4. Sistema de controle
O sistema de controle é o responsável por operar as chaves do conversor para gerar uma forma de onda de tensão de saída síncrona, com a magnitude e o ângulo de fase necessários para o sistema elétrico (ERINMEZ et al., 1998). Por esse motivo, sua modelagem deve estar baseada nos requisitos operacionais, o tipo de aplicação, a minimização das perdas e a configuração do sistema elétrico em estudo. Dentre as numerosas técnicas de controle, as principais variáveis controladas (tensão, corrente e potência reativa) variam segundo o desempenho desejado do STATCOM. Para
44
atingir o objetivo principal da pesquisa serão apresentadas algumas estratégias de controle do compensador para condições de desbalanço de tensão e de faltas.
O sistema de controle se baseia na medição dos sinais das variáveis controladas, as quais podem ser transformadas para serem trabalhadas no marco de referência natural (𝑎, 𝑏, 𝑐), estacionário (𝛼, 𝛽, 0) ou síncrona (𝑑, 𝑞, 0). Ademais, deve ser incluído um sincronizador para obter informação do ângulo e/ou a frequência da rede para serem usados no algoritmo de controle. Após os sinais medidos serem sintetizados eles tornam-se variáveis de entrada do algoritmo de controle, que é desenvolvido e adaptado utilizando uma estratégia de controle que respeite os critérios de operação pretendido do D-STATCOM. Finalmente serão gerados os sinais de disparo das chaves do compensador.
Na literatura sobre estratégias de controle para regular a tensão de saída deste dispositivo FACTS se destacam dois modos de operação do conversor fonte de tensão: Controle por ângulo ou vetorial. No primeiro modo, a corrente reativa do compensador pode estar atrasada ou adiantada através da ligeira mudança do ângulo da tensão de saída do inversor, num intervalo de tempo controlado. Enquanto isso a magnitude da sua tensão é modulada pela carga e descarga do capacitor do lado CC do inversor (XI, 2013). A vantagem é a redução das perdas por chaveamento em comparação com as técnicas de modulação de alta frequência (Modulação por Largura de Pulso) porque opera na frequência do sistema. Uma aplicação deste modo durante faltas foi exibido na referência (BABAEI et al., 2014), adicionando um novo ângulo para gerar as tensões de sequência negativa requerida para atenuar as oscilações na tensão do lado CC.
Assim, outro exemplo foi a implementação de um tipo especial de Modulação de Largura de Pulso (PWM – Pulse Width Modulation) num STATCOM de topologia multipulso, chamado de “PWM de emergência” com frequência de chaveamento de 60 Hz, a fim de controlar individualmente as correntes de fase na saída de seus inversores dentro de seus limites predeterminados mediante a inclusão de um PWM para cada inversor. Além disto, foi incluído um sincronizador de seguimento de fase (PLL – Phase Locked Loop) robusto para obter de maneira precisa as componentes de
