masterThesis
Controle repetitivo complexo baseado em GDSC aplicado a filtro ativo de potência
Autor
CAVALCANTI NETO, Rafael
Institución
Resumen
A crescente utilização de cargas não-lineares conectadas à rede elétrica e a difusão de fontes de geração distribuída têm preocupado pesquisadores quanto a qualidade de energia dos sistemas de potência. De fato, problemas como a flutuação da tensão do sistema, o aumento da demanda de potência reativa e a contaminação harmônica podem gerar uma série de consequências indesejadas para rede de transmissão, de distribuição e para os consumidores. Devido a essas consequências, normas nacionais e internacionais atuais contêm requisitos de qualidade de energia que buscam regular o sistema de potência. Nesse contexto, filtros ativos de potência (APFs) em paralelo representam uma solução amplamente utilizada para a atenuação da contaminação harmônica e compensação de potência reativa. O desempenho deste tipo de APF pode ser aprimorado através do aperfeiçoamento do seu sistema de controle. Assim, esta dissertação apresenta um controlador repetitivo (RC) complexo de ordem genérica (nk + m RC), baseado na função inversa do método generalizado de cancelamento por sinal atrasado (generalized delayed signal cancellation – GDSC). Em aplicações trifásicas, este controlador complexo pode ser projetado para controlar componentes harmônicas de sequências positiva e negativa distintas, para isso a ação de controle é calculada a partir do vetor espacial do sinal de erro. Como desdobramento desta pesquisa, foi desenvolvida uma metodologia de projeto para RCs que é fundamentada na avaliação da estabilidade relativa do sistema através das suas função de sensibilidade e margem de fase. Além disso, é apresentada uma estrutura de controle repetitivo elementar que facilita a análise de estabilidade de RCs mais elaborados. As propostas teóricas são validadas através de simulação e experimentos, que utilizam um APF em paralelo com uma rede elétrica trifásica para atenuar a distorção harmônica de corrente decorrente de um retificador a diodos. Finalmente, o controlador proposto e outras três soluções encontradas na literatura são avaliados em uma análise comparativa, a qual mostra que a solução proposta apresenta melhores tempo de resposta e desempenho em regime permanente. FACEPE The increasing use of non-linear loads connected to the grid and the diffusion of distributed generation sources have concerned researchers about the power quality of power systems. In fact, problems such as the system voltage fluctuation, the increased reactive power demand and the harmonic contamination can generate several undesired consequences for transmission and distribution network, and for consumers. Due to these consequences, national and international standards contain power quality requirements to regulate the power system. In this context, parallel active power filters (APFs) represent a widely used solution for attenuation of harmonic contamination and reactive power compensation. The performance of this type of APF can be improved by refining its control system. Thus, this dissertation presents a complex repetitive controller (RC) of generic order (nk + m RC), based on the inverse function of the generalized delayed signal cancellation (GDSC) method. In three-phase applications, this complex controller can be designed to control distinct positive- and negative-sequence harmonic components, for this the control action is calculated from the space-vector error signal. As additional result of this research, a design methodology was developed for RCs, which is based on the evaluation of the system’s relative stability through its sensitivity function and phase margin. Besides that, an elementary repetitive control structure is introduced to facilitate the stability analysis of more elaborate RCs. The theoretical proposals are validated through simulation and experiments, which use a parallel APF applied to a three-phase electrical grid to attenuate the current harmonic distortion caused by a diode bridge rectifier. Finally, the proposed controller and three other solutions found in the literature are evaluated in a comparative analysis, which shows that the proposed solution presents better response time and steady-state performance.