Desenvolvimento e implementação de uma metodologia de chaveamento para reguladores estáticos de baixa tensão

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Lima, Rodrigo Nobis da Costa
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFU
Texto Completo: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/35158
http://doi.org/10.14393/ufu.te.2022.248
Resumo: Among the several phenomena related to power quality issues, long and short-term voltage variations represent the most common phenomena in electrical systems in general. In this context, in particular, voltage dips and swells represent the most harmful disturbances to electric power utility customers, leading to stoppages in production processes in a large number of commercial and industrial facilities. Fortunately, there are currently some technical solutions commercially available to mitigate the effects of these voltage events. One of these solutions is the use of static voltage regulators, which are basically composed of magnetic devices (transformers or autotransformers) that perform voltage control through static switching of taps in their primary or secondary coils. The subject has been explored by the scientific community since the early 1990s. However, several of the proposed methodologies have limitations that are difficult to overcome in some situations, such as, for example, the need for knowledge of the instantaneous current zero crossing to perform the switching of static switches, as well as the lack of technical detail necessary for the replication of some of these methodologies and the exorbitant costs of implementation, making its use unfeasible for most practical applications. In this sense, the present work has the goal of presenting a proposal for the design of a new static voltage regulator capable of performing tap changes faster than those presented in the available literature. This new concept of static voltage regulator also includes an easy implementation, with few input variables and, mainly, without the need to measure the instantaneous current signal to identify zero crossing. To present the proposed methodology, resulting in a new concept of static voltage regulator, mathematical models were implemented based on computer simulations, aiming the analysis of the performance of the main aspects of the proposed methodology. Finally, the presented switching methodology was implemented in a small-scale laboratory prototype. The results demonstrated the technical feasibility of the proposed method, as well as the possibility of its application in real networks in a very promising way.
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In this context, in particular, voltage dips and swells represent the most harmful disturbances to electric power utility customers, leading to stoppages in production processes in a large number of commercial and industrial facilities. Fortunately, there are currently some technical solutions commercially available to mitigate the effects of these voltage events. One of these solutions is the use of static voltage regulators, which are basically composed of magnetic devices (transformers or autotransformers) that perform voltage control through static switching of taps in their primary or secondary coils. The subject has been explored by the scientific community since the early 1990s. However, several of the proposed methodologies have limitations that are difficult to overcome in some situations, such as, for example, the need for knowledge of the instantaneous current zero crossing to perform the switching of static switches, as well as the lack of technical detail necessary for the replication of some of these methodologies and the exorbitant costs of implementation, making its use unfeasible for most practical applications. In this sense, the present work has the goal of presenting a proposal for the design of a new static voltage regulator capable of performing tap changes faster than those presented in the available literature. This new concept of static voltage regulator also includes an easy implementation, with few input variables and, mainly, without the need to measure the instantaneous current signal to identify zero crossing. To present the proposed methodology, resulting in a new concept of static voltage regulator, mathematical models were implemented based on computer simulations, aiming the analysis of the performance of the main aspects of the proposed methodology. Finally, the presented switching methodology was implemented in a small-scale laboratory prototype. The results demonstrated the technical feasibility of the proposed method, as well as the possibility of its application in real networks in a very promising way.CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoTese (Doutorado)Dentre os diversos fenômenos relacionados com a qualidade da energia elétrica, as variações de tensão de longa e curta duração representam os fenômenos mais comuns nos sistemas elétricos de uma maneira geral. Nesse contexto, particularmente, as variações de tensão de curta duração (VTCDs) representam o fenômeno que mais causa prejuízos à sociedade, protagonizando paradas de processos produtivos em diversos tipos de instalações industriais e comerciais. Não obstante, existem atualmente várias formas de atenuação dos efeitos decorrentes desses eventos e uma delas é o emprego de reguladores estáticos de tensão, os quais são equipamentos magnéticos, transformadores ou autotransformadores, que realizam o controle da tensão através do chaveamento estático dos taps em suas bobinas primária ou secundária. O tema em questão tem sido explorado pela comunidade científica desde o início da década de 1990, porém, várias das metodologias propostas apresentam limitações difíceis de serem transpostas em algumas situações, como, por exemplo, a necessidade do conhecimento da passagem por zero da corrente instantânea para efetivação dos acionamento das chaves estáticas, assim como a falta do detalhamento técnico necessário para a replicação de algumas dessas metodologias e dos custos exorbitantes de implementação, inviabilizando seu uso para a maioria das aplicações práticas. Diante disso, o presente trabalho tem o objetivo de apresentar uma proposta de concepção de um novo regulador estático de tensão capaz de realizar chaveamentos de taps com intervalos de tempo menores do que aqueles apresentados na literatura disponível. Essa nova concepção de regulador estático de tensão contempla ainda uma fácil implementação, com poucas variáveis de controle e, principalmente, sem a necessidade de medição do sinal de corrente instantânea para identificação de sua passagem por zero. Para apresentação da metodologia proposta, foram implementados modelos matemáticos, consubstanciados por diversas simulações computacionais, visando a análise de desempenho dos principais aspectos da metodologia proposta. Finalmente, a metodologia de chaveamento apresentada foi implementada em um protótipo laboratorial de escala reduzida. Os resultados obtidos demonstraram a viabilidade técnica do método proposto, assim como a possibilidade de sua aplicação em redes reais de forma bastante promissora.2024-06-10Universidade Federal de UberlândiaBrasilPrograma de Pós-graduação em Engenharia ElétricaMacedo Junior, José Rubenshttp://lattes.cnpq.br/4480967220539652Coelho, Ernane Antônio Alveshttp://lattes.cnpq.br/9183492978798433Gondim, Isaque Nogueirahttp://lattes.cnpq.br/3923720937771158Pomilio, José Antenorhttp://lattes.cnpq.br/9517586732542745Vieira Junior, José Carlos de Melohttp://lattes.cnpq.br/1047893003118791Lima, Rodrigo Nobis da Costa2022-06-15T19:44:10Z2022-06-15T19:44:10Z2022-05-13info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfLIMA, Rodrigo Nobis da Costa. Desenvolvimento e implementação de uma metodologia de chaveamento para reguladores estáticos de baixa tensão. 2022. 106 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2022. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2022.248https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/35158http://doi.org/10.14393/ufu.te.2022.248porhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/info:eu-repo/semantics/embargoedAccessreponame:Repositório Institucional da UFUinstname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)instacron:UFU2022-07-11T15:45:57Zoai:repositorio.ufu.br:123456789/35158Repositório InstitucionalONGhttp://repositorio.ufu.br/oai/requestdiinf@dirbi.ufu.bropendoar:2022-07-11T15:45:57Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)false
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