Simulação e controle de sistema de potência trifásico com filtro ativo de harmônicas baseado na teoria dos vetores espaciais

Abstract

Nonlinear loads generate harmonic components of voltage and current and affect other consumers connected to the same network. On the last years, an unprecedented increase in the number of nonlinear loads connected to the grid, to the detriment of the energy quality, on demand for financially viable solutions for the problem. Active filters are the better alternative for compensating the harmonic currents injected into the network by a non-linear load. They have the ability to compensate harmonics of various orders without being affected by major changes in the characteristics of the distribution network, eliminating the risk of resonance between the filter and the network impedance. The present work has the objective of studying, designing and simulating a three phase shunt active power filter. The implemented parallel filter can be divided into three main subcircuits: the reference current generator circuit, the PWM modulator circuit and the inverter circuit that is connected in a network by coupling inductances. In order to generate the reference currents, a variation of the Synchronous Reference Frame Algorithm proposed by Bhattacharaya and Divan (1995) was used and for this reason it was approached to: space vector theory for the application of the transformations from Clarke and Park. For the PWM modulator circuit design, the triangular carrier technique was used. In order to measure the effectiveness of the active filter, as a parameter of comparison and to analyze the impact of harmonics in the system, a system was also simulated by harmonics, but without a filter to compensate them. The analysis of the results was done by obtaining the frequency spectrum and then calculating the Total Harmonic Distortion (THD). A modeling is developed using the PSIM software, and the simulation results are presented and commented.

Cargas não lineares geram componentes harmônicas de tensão e corrente e afetam outros consumidores conectados à mesma rede. Nos últimos anos, um aumento sem precedentes do número de cargas não lineares conectadas a rede, em detrimento da qualidade de energia, ocasionou a busca por soluções financeiramente viáveis para o problema. Filtros ativos são considerados a melhor alternativa para compensação das correntes harmônicas injetadas na rede por uma carga não linear. Eles possuem a capacidade de compensar harmônicas de diversas ordens, sem ser afetados por grandes mudanças nas características da rede de distribuição, eliminando o risco de ressonância entre o filtro e a impedância da rede. O presente trabalho tem como objetivo estudar, projetar e simular um filtro ativo trifásico de potência paralelo. O filtro paralelo implementado pode ser dividido com três subcircuitos principais: o circuito gerador de correntes de referência, o circuito modulador PWM e o circuito inversor que é conectado à rede por meio de indutâncias de acoplamento. Para gerar as correntes de referência, foi utilizada uma variação do algoritmo de quadro de referência síncrona (em inglês Synchronous Reference Frame Algorithm) proposto por Bhattacharaya e Divan (1995) e para isso foi abordada a teoria de vetores espaciais para a aplicação das transformadas de Clarke e Park. No projeto do circuito modulador PWM foi usada a técnica da portadora triangular.Para medir a eficácia do filtro ativo, como parâmetro de comparação e para analisar o impacto de harmônicas no sistema, foi realizada também simulação de um sistema afetado por harmônicas, mas sem filtro para compensá-las. A análise dos resultados foi feita por meio da obtenção do espectro de frequência e posterior cálculo da Taxa de Distorção Harmônica (TDH). A modelagem é toda desenvolvida utilizando o software PSIM e os resultados de simulação são apresentados e comentados