Caracterização De Cargas Lineares E Não Lineares Em Condições De Tensões Não Senoidais

Helmo Kelis Morales Paredes; Paulo Henrique Ferreira dos Reis; Sigmar Maurer Deckmann

doi:10.18618/REP.2017.1.2647

Authors

Helmo Kelis Morales Paredes Universidade Estadual Paulista (Unesp), Instituto de Ciência e Tecnologia Sorocaba – SP, Brasil
Paulo Henrique Ferreira dos Reis Universidade Estadual Paulista (Unesp), Instituto de Ciência e Tecnologia Sorocaba – SP, Brasil
Sigmar Maurer Deckmann Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), FEEC, Campinas – SP, Brasil

DOI:

https://doi.org/10.18618/REP.2017.1.2647

Keywords:

Carga não-linear, fator de potência, Geração distribuída, Harmônicas, Modelagem de carga, Tarifação de energia

Abstract

Este trabalho apresenta uma análise de cargas lineares e não lineares em condições senoidais e não senoidais para verificar seu comportamento como “fonte de tensão” ou “fonte de corrente” distorciva. Discute ainda problemas relacionados com a medição e tarifação da energia no ponto de acoplamento comum. Para tanto é utilizada a Teoria de Potência Conservativa para encontrar circuitos equivalentes e a partir destes circuitos analisar as principais características das cargas lineares e/ou não lineares bem com o tipo de não linearidades presentes. As análises são comprovadas com base em simulações e dados experimentais de cargas típicas de uso residencial e industrial. Além disso, será discutida a adequação do fator de potência como indicador apropriado para caracterizar e penalizar o consumidor (carga) quando também é produtor (gerador), situação comumente encontrada em microrredes.

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Author Biographies

Helmo Kelis Morales Paredes, Universidade Estadual Paulista (Unesp), Instituto de Ciência e Tecnologia Sorocaba – SP, Brasil

possui graduação em engenharia elétrica pela Universidade Nacional de San Agustin de Arequipa, Perú (2001), tem mestrado e doutorado em engenharia elétrica pela UNICAMP (2006 e 2011). Em 2009 foi pesquisador visitante na Universidade de Padova, Itália, onde trabalhou no desenvolvimento da Teoria de Potência Conservativa e a sua aplicação nas redes inteligentes. Em 2014 foi professor visitante na Universidade de Nottingham, Inglaterra, onde trabalhou no desenvolvimento de técnicas de controle para compensação de desequilíbrio em sistemas de distribuição inteligentes. Desde 2011, é professor assistente doutor no Campus de Sorocaba da UNESP. Suas principais áreas de pesquisa incluem análise, definições de termos de potência e técnicas de compensação sob condições não senoidais e/ou assimétricas, qualidade da energia elétrica, controle local e/ou cooperativo de conversores eletrônicos de potência, bem como aspectos de tarifação e atribuição de responsabilidades em ambientes de microrredes inteligentes. Dr. Morales-Paredes, é membro da SOBRAEP, da SBA e do IEEE. Em 2011, recebeu o “Prize Paper Award” no IEEE Transactions on Power Electronics.

Paulo Henrique Ferreira dos Reis, Universidade Estadual Paulista (Unesp), Instituto de Ciência e Tecnologia Sorocaba – SP, Brasil

é técnico em mecânica pelo CTI-UNESP/Bauru (2006), engenheiro de controle e automação pela UNESP/Sorocaba (2013) e mestre em engenharia elétrica pela UNESP/Bauru (2015). Principais áreas de interesse: análise de circuitos elétricos sob condição não linear e atribuição de responsabilidades. Atualmente trabalha na empresa Schaeffler Brasil Ltda.

Sigmar Maurer Deckmann, Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), FEEC, Campinas – SP, Brasil

nasceu em Cruz Alta (RS), é engenheiro eletricista (1973), mestre (1976) e doutor (1980) pela UNICAMP. Atualmente, professor aposentado da FEEC da UNICAMP, onde trabalhou desde 1974 a 2006. Suas principais linhas de pesquisa têm sido: estabilidade dinâmica de sistemas de potência, cintilação luminosa (Flicker), teoria de potência aplicada a cargas não lineares, estudos sobre propagação de harmônicas, instrumentação, qualidade da energia elétrica e filtros ativos de potência. Atualmente continua participando em projetos de análise de sistema de potência. nasceu em Cruz Alta (RS), é engenheiro eletricista (1973), mestre (1976) e doutor (1980) pela UNICAMP. Atualmente, professor aposentado da FEEC da UNICAMP, onde trabalhou desde 1974 a 2006. Suas principais linhas de pesquisa têm sido: estabilidade dinâmica de sistemas de potência, cintilação luminosa (Flicker), teoria de potência aplicada a cargas não lineares, estudos sobre propagação de harmônicas, instrumentação, qualidade da energia elétrica e filtros ativos de potência. Atualmente continua participando em projetos de análise de sistema de potência.

References

E. Emanuel, J. Janczak, D. J. Pileggi, E. M. Gulachenski, C. E. Root, M. Breen, T. J. Gentile, "Voltage distortion in distribution feeders with nonlinear loads," IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 9, no. 1, pp. 79-87, Jan. 1994. https://doi.org/10.1109/61.277682 DOI: https://doi.org/10.1109/61.277682

N. R. Watson, T. L. Scott, S. Hirsch, "Implications for distribution networks of high penetration of compact fluorescent lamps," IEEE Transactionson Power Delivery, vol. 24, no. 3, pp. 1521-1528, Jul. 2009. https://doi.org/10.1109/TPWRD.2009.2014036 DOI: https://doi.org/10.1109/TPWRD.2009.2014036

IEEE Draft Guide for Applying Harmonic Limits on Power Systems," IEEE P519.1/D12, Feb. 2015.

S. M. Deckmann, J. A. Pomilio, "Avaliação da Qualidade da Energia Elétrica" UNICAMP/FEEC/DSE, 2016. [Online], URL:http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/pdffiles/qualidade/a5.pdf.

F. Z Peng, "Application Issues of Active Power Filters," IEEE Industry Applications Magazine, vol. 4, no. 5, pp. 21-30, September/October 1998. https://doi.org/10.1109/2943.715502 DOI: https://doi.org/10.1109/2943.715502

F. Z Peng, "Harmonic Source and Filtering Approaches," IEEE Industry Applications Magazine, vol. 7, no. 4, pp. 18-25, July/August 2001. https://doi.org/10.1109/2943.930987 DOI: https://doi.org/10.1109/2943.930987

C. Muscas, "Power Quality Monitoring in Modern Electric Distribution Systems", IEEE Instrumentation & Measurement Magazine, vol. 13, no. 5, pp. 19-27, Oct. 2010. https://doi.org/10.1109/MIM.2010.5585070 DOI: https://doi.org/10.1109/MIM.2010.5585070

A. Ipakchi, F. Albuyeh, "Grid of the future," IEEE Power Energy Magazine, vol. 7, no. 2, pp. 52-62, Mar. 2009. https://doi.org/10.1109/MPE.2008.931384 DOI: https://doi.org/10.1109/MPE.2008.931384

H. Farhangi, "The path of the smart grid," IEEE Power Energy Magazine, vol. 8, no. 1, pp. 18-28, Jan. 2010. https://doi.org/10.1109/MPE.2009.934876 DOI: https://doi.org/10.1109/MPE.2009.934876

R. H. Lasseter, "Smart Distribution: Coupled Microgrids", Proceedings of the IEEE, vol. 9 no. 6, pp. 1074-1082, June 2011. https://doi.org/10.1109/JPROC.2011.2114630 DOI: https://doi.org/10.1109/JPROC.2011.2114630

C. P. Steinmetz, Theory and Calculation of Alternating Current Phenomena. New York: McGraw-Hill, 1897.

A. E. Emanuel, "Power definitions and the physical mechanism of power flow", Hoboken, New Jersey, USA: John Wiley; 2010. https://doi.org/10.1002/9780470667149 DOI: https://doi.org/10.1002/9780470667149

M. Depenbrock, "The FBD-Method, a Generally Applicable Tool for Analyzing Power Relations," IEEE Transactions on Power Systems, vol. 8, no. 2, pp. 381-387, May 1993. https://doi.org/10.1109/59.260849 DOI: https://doi.org/10.1109/59.260849

H. Akagi, Y. Kanazawa, A. Nabae, "Instantaneous Reactive Power Compensators Comprising Switching Devices Without Energy Storage Components," IEEE Transactions on Industry Applications, vol. IA-20, no. 3, pp. 625-630, May/June 1984. https://doi.org/10.1109/TIA.1984.4504460 DOI: https://doi.org/10.1109/TIA.1984.4504460

L. S. Czarnecki, "Orthogonal Decomposition of the Currents in a 3-phase Nonlinear Asymmetrical Circuit with a No sinusoidal Voltage Source," IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 1, no. 37, pp. 30-34, March 1988.Eletrôn. Potên., Campo Grande, v. 22, n. 1, p. 50-62, jan./mar. 2017 https://doi.org/10.1109/19.2658 DOI: https://doi.org/10.1109/19.2658

P. Tenti, P. Mattavelli, H. K. Morales-Paredes, "Conservative Power Theory, Sequence Components and Accountability in smart grids," in Proc. of IEEE International School on Nonsinusoidal Currents and Compensation (ISNCC), pp.37-45, 2010. https://doi.org/10.1109/ISNCC.2010.5524473 DOI: https://doi.org/10.1109/ISNCC.2010.5524473

H. K. Morales-Paredes, F. P. Marafão, L. C. P. da Silva. "A Comparative Analysis of FBD, PQ and CPT Current Decompositions -Part I: Three-phase, Three-Wire Systems," in Proc. of IEEE Power Tech, pp. 1-8, 2009. https://doi.org/10.1109/PTC.2009.5282173 DOI: https://doi.org/10.1109/PTC.2009.5282173

F. P. Marafão, H. K. Morales-Paredes, L. C. P. da Silva, "Critical Evaluation Of Fbd, Pq And Cpt Current Decompositions For Four-wire Circuits" , Eletrônica de Potência, vol. 14, no. 4, pp. 277-286, Dezembro 2009. https://doi.org/10.18618/REP.2009.4.277286 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2009.4.277286

F. P. Marafao, E. V. Liberado, H. K. Morales-Paredes, L. C. P. da Silva, "Three-phase four-wire circuits interpretation by means of different power theories," Przeglad Elektrotechniczny, vol. 87, no. 1, pp. 28-33, January 2011.

H. K. Morales-Paredes, F. P. Marafão, P. Mattabelli, P. Tenti, "Application of Conservative Power Theory to Load and Line Characterization and Revenue Metering", in Proc. of IEEE Applied Measurements for Power Systems(AMPS), pp. 1-6, 2012. https://doi.org/10.1109/AMPS.2012.6343993 DOI: https://doi.org/10.1109/AMPS.2012.6343993

P. Tenti, A. Costabeber, P. Mattavelli, F. P. Marafão, H. K. Morales-Paredes, "Load Characterization and Revenue Metering Under Non-Sinusoidal and Asymmetrical Operation", IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 63, no. 2, pp. 422-431, Feb. 2014. https://doi.org/10.1109/TIM.2013.2280480 DOI: https://doi.org/10.1109/TIM.2013.2280480

P. Tenti, H. K. Morales-Paredes, P. Mattavelli, "Conservative Power Theory, a Framework to Approach Control and Accountability Issues in Smart Microgrids," IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 26, no. 3, pp. 664-673, March 2011. https://doi.org/10.1109/TPEL.2010.2093153 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2010.2093153

IEEE Standard Definitions for the Measurement of Electric Power Quantities Under Sinusoidal, Nonsinusoidal, Balanced and Unbalanced Conditions, IEEE Standard 1459-2010.

J. P. Bonaldo, H. K. Morales-Paredes, J. A. Pomilio, "Control of Single-Phase Power Converters Connected to Low Voltage Distorted Power Systems with Variable Compensation Objectives", IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 31, no. 3, pp. 2039-2052, March 2016. https://doi.org/10.1109/TPEL.2015.2440211 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2015.2440211

F. P. Marafão, D. I. Brandão, A. Costabeber, H. K. Morales-Paredes, "Multi-task control strategy for grid-tied inverters based on Conservative Power Theory" IET Renewable Power Generation, vol. 9, no. 2, pp. 154-165, March 2015. https://doi.org/10.1049/iet-rpg.2014.0065 DOI: https://doi.org/10.1049/iet-rpg.2014.0065

J. P. Bonaldo, H. K. Morales-Paredes, A. Costabeber, J. A. Pomilio, "Adaptive Saturation System for Grid-Tied Inverters in Low Voltage Residential Micro Grids", in Proc. of IEEE 15th International Conference on Environment and Electrical Engineering, pp. 784-789, 2015. https://doi.org/10.1109/EEEIC.2015.7165264 DOI: https://doi.org/10.1109/EEEIC.2015.7165264

J. A. Pomilio, J. P. Bonaldo, H. K. Morales-Paredes, P. Tenti, "About power factor and THDi in the smart micro-grid scenario", in Proc. of IEEE 13th Brazilian Power Electronics Conference and 1st Southern Power Electronics Conference (COBEP/SPEC), pp. 1-5, 2015. https://doi.org/10.1109/COBEP.2015.7420183 DOI: https://doi.org/10.1109/COBEP.2015.7420183

J. A. Pomilio, S. M. Deckmann, "Characterization and Compensation of Harmonics and Reactive Power of Residential and Commercial Loads," IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 22, no.2, pp.1049-1055, April 2007. https://doi.org/10.1109/TPWRD.2007.893179 DOI: https://doi.org/10.1109/TPWRD.2007.893179

L.S. Czarnecki, "Critical comments on the Conservative Power Theory (CPT)", in Proc. of IEEE International School on Nonsinusoidal Currents and Compensation(ISNCC), pp. 1-7, 2015. https://doi.org/10.1109/ISNCC.2015.7174713 DOI: https://doi.org/10.1109/ISNCC.2015.7174713

L.S. Czarnecki, "Physical Interpretation of the Reactive Power in Terms of the CPC Power Theory," Electrical Power Quality and Utilization Journal, vol. XIII, no. 1, pp. 89-95, January 2007.

H. K. Morales-Paredes, F. P. Marafão, L. C. P. da Silva, S. M. Deckmann, "Influência de Harmônicas na Tarifação de Energia Elétrica". In Proc. of Conferência Brasileiro de Qualidade de Energia Elétrica (CBQEE), pp. 1-7, 200