AVALIAÇÃO DE ESTRATÉGIA PARA MITIGAÇÃO DE CORRENTES HARMÔNICAS PRODUZIDAS POR ACESSANTES VIA INVERSORES DE CONEXÃO À REDE

AVALIAÇÃO DE ESTRATÉGIA PARA MITIGAÇÃO DE CORRENTES HARMÔNICAS PRODUZIDAS POR ACESSANTES VIA INVERSORES DE CONEXÃO À REDE

Alex Reis

Universidade de Brasília - UnB

Faculdade UnB Gama

Brasília - DF

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Leandro P. Moura, Michelly da S. Lima, José C. de Oliveira

Universidade Federal de Uberlândia - UFU

Faculdade de Engenharia Elétrica

Uberlândia - MG

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Resumo - Tomando por referência instalações que utilizam a tecnologia da inversão eletrônica para equipamentos de conexão à rede, a exemplo dos sistemas de geração eólica, reconhece-se que tais complexos são capazes de impactar sobre os indicadores da qualidade de energia no ponto de conexão. Entre os vários fenômenos considerados, as distorções harmônicas surgem como um dos mais relevantes fatores de influência, sendo, portanto, alvo de regulamentações próprias. À luz destes fatos e dos limites estabelecidos para tais fenômenos, torna-se, para muitas situações, necessário a implementação de medidas mitigatórias para o controle das distorções junto aos pontos de acesso. Neste contexto, este trabalho destaca o uso de uma estratégia de controle baseada no chaveamento programado para os inversores, através da qual é factível a eliminação das componentes harmônicas de correntes, em consonância com os requisitos impostos.  Baseado no princípio ora posto, são realizados estudos computacionais de desempenho quanto ao indicador em pauta, empregando-se para tanto, um arranjo constituído por um parque eólico típico. Investigações sobre a eficácia do processo de mitigação são exploradas através de estudos de casos.  

Palavras-Chave - distorção harmônica, geração eólica, inversores, mitigação harmônica, parque eólico, qualidade de energia. 

Abstract - Taking into account the installations constituted by electronic inverters to access the AC network, such as wind power farms,, such schemes are capable of causing a variety of power quality impacts at the point of connection. Among the various phenomena considered harmonic distortions arise as one of the most relevant impact factors and are therefore the target of authorities regulations. In light of these facts and the limits established for such phenomena, for many situations, mitigation techniques are to be utilized to achieve the allowable limits. Thus, this work highlights the use of a control strategy based on a pre-programmed inverters switching approach, through which it is feasible to eliminate the harmonic components of currents produced by the installation, in accordance with the imposed requirements. In order to do so, based on the principle herein given, computational performance studies are performed for a typical wind farm, through which the success of the methodology in question is evidenced.

Keywords - harmonic distortion, wind power generation, inverters, harmonic mitigation, wind farm, power quality.

 [pic 1]

I.  INTRODUÇÃO

Os crescentes interesses pelo emprego das fontes alternativas de energia, somado a um aumento das denominadas cargas associadas com consumidores especiais, têm sido motivo de preocupação para os operadores do sistema elétrico. De fato, a conexão de tais arranjos, quer de geração ou consumo, às instalações elétricas em operação, podem, à luz de suas propriedades, trazer expressivos impactos sobre a rede elétrica. Isto determinou a existência de documentos normativos nacionais e internacionais visando regulamentar a matéria. No caso particular dos indicadores de qualidade da energia, reconhece-se normalizações internacionais, a exemplo de [1, 2] ou mesmo em códigos da rede elétrica de cada país, como é o caso do Brasil, através da ANEEL e do ONS.  

Neste grande contexto encontra-se inserida a questão das unidades de geração eólica, as quais, como sabido, crescem de forma acentuada no Brasil. Tais arranjos, como classicamente estabelecido na literatura, empregam geradores que são conectados à rede através de diferentes tecnologias alicerçadas no emprego de máquinas síncronas e assíncronas. Não obstante a isto, surge sempre o uso de complexos de conversão eletrônica de potência total da instalação ou apenas parcial. Neste cenário, grupos especializados em questões associadas com a geração, planejamento e otimização

distribuída [3] destacaram que a integração entre parques eólicos e a respectiva rede elétrica de conexão representa um  desafio bastante relevante. Dentre os temas abordados, merece atenção a questão das distorções harmônicas. Em [4] fica ratificada a importância do assunto ora tratado e enfatizado que, para muitos casos, as correntes harmônicas chegam mesmo a afetar a capacidade da instalação e, por conseguinte, prejudicando o desempenho da rede [5, 6].[pic 2]

Tendo em vista este contexto, fica evidenciada a importância da implementação de técnicas de mitigação para reduzir os impactos das correntes harmônicas na tensão do ponto de acoplamento. Iniciando pelas soluções mais convencionais, destacam-se os filtros passivos [7] e os filtros ativos [8]. O uso de conversores multinível surge como outra solução para reduzir a amplitude das correntes harmônicas. Este assunto é discutido em [9] e [10].

Uma técnica alternativa consiste em controlar o padrão de comutação do conversor, conforme descrito em [11-15], permitindo que o conteúdo harmônico do mesmo seja fixado em valores predefinidos, sem modificações do hardware. Os resultados obtidos em [11] revelam que uma metodologia denominada por "Selective Harmonics PWM” pode ser aplicada a conversores de alta potência, que possuem baixa frequência de comutação. Ao ajustar os ângulos de comutação para valores predefinidos, este procedimento é capaz de reduzir a amplitude de um número limitado de componentes harmônicos. Outras referências, a exemplo de [13,15,16] contemplam funções avançadas de controle dedicadas, também, à mitigação dinâmica de componentes harmônicos.

Com base nas soluções apresentadas, o presente trabalho aborda a solução que se refere ao chaveamento controlado das unidades de inversão, na qual são assuntos discutidos em [11-15]. Essencialmente, a estratégia explorada neste artigo consiste em equipar tais dispositivos com meios para a mitigação de componentes harmônicas pré-definidas, as quais são implementadas na estrutura física através de meras adequações do software de controle do disparo das chaves eletrônicas que compõem o inversor de conexão à rede CA comercial.