Implementação de modulador para aumento de banda passante de um sistema de condicionamento de energia baseado em um conversor multinível

• Autor(a) principal: Tiago de Sá Ferreira
• Data de Publicação: 2021
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/38795; https://orcid.org/0000-0003-1744-062X
• topic: UPQC; Conversores multiníveis; Modulador multi-taxas; Controle de conversores conectados à rede; Qualidade da energia; Engenharia elétrica; Conversores; Modulação (Eletrônica); Energia elétrica - Qualidade

Os problemas de qualidade de energia, apesar de críticos para a rede e/ou cargas sendo alimentadas, não são novos. Afundamentos e elevações de tensão, desbalanços de tensão e de corrente, circulação de correntes reativa e distorções de corrente e de tensão são fenômenos que impactam não só na eficiência da rede elétrica mas também na continuidade e na conformidade do fornecimento de energia a cargas que sofrerão com eles mais ou menos severamente, dependendo de sua sensibilidade. Tais adversidades foram largamente investigadas no passado e seus estudos continuam extremamente pertinentes no presente. De fato, os problemas de qualidade de energia se tornam ainda mais relevantes nos dias de hoje com a instalação de usinas de energia renováveis baseada em inversores como a fotovoltaica e a eólica de grande escala, a popularização de veículos elétricos e do conceito de vehicle-to-grid (V2G) e o crescimento da geração distribuída, dentre outros. O Condicionador Unificado de Qualidade de Energia (UPQC), ainda que relativamente complexo, é considerado um dos dispositivos de condicionamento com maior potencial e versatilidade para superar esses problemas de qualidade de energia. Isso, pois ele possui a capacidade de mitigar quase todos os problemas de qualidade de energia relacionados à tensão e à corrente quando devidamente projetado e operado. Nesse sentido, tendo como objeto de estudo um UPQC, são abordados nesse trabalho tópicos relacionados ao projeto do filtro LCL de conexão do sistema à rede/carga, as estratégias de controle das variáveis elétricas de interesse e ao modulador PWM utilizado quando topologias de conversores multiníveis são consideradas para emprego em tal condicionador de energia. À vista disso, em especial, propõe-se uma estratégia de modulação multi-taxas compatível com conversores multicélulas série e/ou paralelo com portadoras entrelaçadas e um número qualquer de células. Tal modulador faz proveito da possibilidade de atualizar os comandos das chaves semicondutoras em cada subciclo do período de chaveamento definido pelo entrelaçamento das portadoras ao invés de fazê-lo apenas uma ou duas vezes por ciclo como é típico nas modulações clássicas simetricamente amostrada (apenas no pico ou no vale da portadora) e assimetricamente amostrada (no pico e no vale da portadora), respectivamente. Além disso, ele é completamente implementado a nível de software (código) e possui como característica importante a capacidade de evitar naturalmente o chaveamento excessivo, ou seja, o envio de pulsos extras de chaveamento por ciclo de portadora dos dispositivos semicondutores. Com isso, resultados experimentais de um UPQC baseado em inversores trifásicos a dois níveis são apresentados e discutidos. Em adição, propostas de melhoria do desempenho desse sistema no que diz respeito à sua resposta dinâmica e erro em regime permanente são analisadas a nível teórico e de simulação para uma estrutura de conversores trifásicos a dois níveis e, também, multiníveis. De fato, essas soluções incluem o uso do modulador multi-taxas proposto para promover o aumento da banda passante do condicionador de energia, o que é possível devido às características de resposta em frequência e princípio de funcionamento desse modulador.