Compensação Ativa Paralela Baseada na Teoria de Potência Conservativa

Helmo Kelis Morales Paredes; Helmo Kelis Morales Paredes; Danilo Iglesias Brandão; Eduardo Verri Liberado; Fernando Pinhabel Marafão

doi:10.18618/REP.2012.1.409418

Authors

Helmo Kelis Morales Paredes Unesp - Univ Estadual Paulista, Grupo de Automação e Sistemas Integráveis - GASI Av. Três de Março, 511, Sorocaba, SP, Brazil
Helmo Kelis Morales Paredes Unesp - Univ Estadual Paulista, Grupo de Automação e Sistemas Integráveis - GASI Av. Três de Março, 511, Sorocaba, SP, Brazil
Danilo Iglesias Brandão Unesp - Univ Estadual Paulista, Grupo de Automação e Sistemas Integráveis - GASI Av. Três de Março, 511, Sorocaba, SP, Brazil
Eduardo Verri Liberado Unesp - Univ Estadual Paulista, Grupo de Automação e Sistemas Integráveis - GASI Av. Três de Março, 511, Sorocaba, SP, Brazil
Fernando Pinhabel Marafão Unesp - Univ Estadual Paulista, Grupo de Automação e Sistemas Integráveis - GASI Av. Três de Março, 511, Sorocaba, SP, Brazil

DOI:

https://doi.org/10.18618/REP.2012.1.409418

Keywords:

Compensação Seletiva, Desequilíbrio, Distorção Harmônica, Filtros Ativos de Potência, Reativos, Teoria de Potência Conservativa

Abstract

Com o objetivo de avaliar a aplicação da Teoria de Potência Conservativa (CPT, do inglês Conservative Power Theory), para o controle de filtros ativos de potência, este artigo apresenta uma metodologia seletiva para a geração de sinais de referência de filtros ativos paralelos, a qual é baseada na decomposição das correntes medidas, conforme proposto pela CPT. A decomposição ortogonal das correntes resulta em várias componentes, cada qual associada com uma característica específica da carga (transferência de potência, armazenamento de energia, deslocamento de fase entre tensão e corrente, desbalanço e/ou não linearidades). Desta forma, cada componente pode ser escolhida de forma independente (ou em associação), proporcionando assim uma compensação seletiva dos distúrbios de corrente oriundos do comportamento da carga. Com o intuito de validar a metodologia proposta, um filtro ativo trifásico foi simulado e avaliado experimentalmente em um sistema trifásico de 4 condutores, com cargas desbalanceadas e não lineares.

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Author Biographies

Helmo Kelis Morales Paredes, Unesp - Univ Estadual Paulista, Grupo de Automação e Sistemas Integráveis - GASI Av. Três de Março, 511, Sorocaba, SP, Brazil

nascido em Puno, Perú, é engenheiro eletricista (2002) pela Universidad Nacional San Agustin UNSA, Arequipa, Perú, mestre e doutor em Engenharia Elétrica (2006 e 2011 respectivamente) pela Universidade Estadual de Campinas. De 10/2009 a 06/2010 foi pesquisador visitante na Universidade de Padova, Itália, onde trabalhou no desenvolvimento da Teoria de Potência Conservativa e suas aplicações em redes inteligentes de energia. Atualmente, é professor assistente doutor no Campus de Sorocaba da UNESP, onde faz parte do Grupo de Automação e Sistemas Integráveis (GASI). Suas principais áreas de interesse são qualidade da energia elétrica, definição de teorias de potência na presença de distorções e assimetrias, bem como sua aplicação no condicionamento de energia, atribuição de responsabilidades e tarifação. Dr. Paredes é membro da SOBRAEP e do IEEE.

Helmo Kelis Morales Paredes, Unesp - Univ Estadual Paulista, Grupo de Automação e Sistemas Integráveis - GASI Av. Três de Março, 511, Sorocaba, SP, Brazil

nascido em Puno, Perú, é engenheiro eletricista (2002) pela Universidad Nacional San Agustin UNSA, Arequipa, Perú, mestre e doutor em Engenharia Elétrica (2006 e 2011 respectivamente) pela Universidade Estadual de Campinas. De 10/2009 a 06/2010 foi pesquisador visitante na Universidade de Padova, Itália, onde trabalhou no desenvolvimento da Teoria de Potência Conservativa e suas aplicações em redes inteligentes de energia. Atualmente, é professor assistente doutor no Campus de Sorocaba da UNESP, onde faz parte do Grupo de Automação e Sistemas Integráveis (GASI). Suas principais áreas de interesse são qualidade da energia elétrica, definição de teorias de potência na presença de distorções e assimetrias, bem como sua aplicação no condicionamento de energia, atribuição de responsabilidades e tarifação. Dr. Paredes é membro da SOBRAEP e do IEEE.

Danilo Iglesias Brandão, Unesp - Univ Estadual Paulista, Grupo de Automação e Sistemas Integráveis - GASI Av. Três de Março, 511, Sorocaba, SP, Brazil

nasceu em São Gonçalo do Sapucaí, MG, em 22/10/1986. Graduou-se em Engenharia de Controle e Automação pela Universidade Estadual Paulista – UNESP/Sorocaba (2011) e atualmente é mestrando em engenharia elétrica pela Universidade Estadual Paulista – UNESP/Bauru. Suas áreas de interesse são: filtros eletrônicos de potência, estratégias de compensação seletiva, teoria de potência conservativa, qualidade de energia elétrica e redes inteligentes de energia.

Eduardo Verri Liberado, Unesp - Univ Estadual Paulista, Grupo de Automação e Sistemas Integráveis - GASI Av. Três de Março, 511, Sorocaba, SP, Brazil

nasceu em São Paulo em 1986. Graduou-se pela Universidade Estadual Paulista (UNESP) em Engenharia de Controle e Automação em 2009. Atualmente é mestrando da Faculdade de Engenharia de Bauru/UNESP, fazendo parte do Grupo de Automação e Sistemas Integráveis (GASI) da UNESP/Sorocaba. Têm com principais temas de pesquisa: qualidade de energia elétrica, estratégias de condicionamento de energia elétrica em sistemas distribuídos, micro redes e redes inteligentes de energia.

Fernando Pinhabel Marafão, Unesp - Univ Estadual Paulista, Grupo de Automação e Sistemas Integráveis - GASI Av. Três de Março, 511, Sorocaba, SP, Brazil

nascido em 26/09/1975 em José Bonifácio (SP) é graduado em Engenharia Elétrica pela UNESP/Bauru (1998), tem mestrado e doutorado em Engenharia Elétrica pela UNICAMP (2000 e 2004). Em 2002 foi pesquisador visitante na Universidade de Padova, Itália, onde trabalhou com técnicas de controle digital aplicadas a filtros ativos de potência. Desde 2005, é professor assistente doutor no Campus de Sorocaba da UNESP, onde liderou o Grupo de Automação e Sistemas Integráveis (GASI), de 2007 a 2011. Suas principais áreas de interesse são análise e controle da qualidade de energia, teorias de potência para circuitos polifásicos não lineares e, técnicas de processamento e controle digital aplicadas a sistemas de potência. Dr. Marafão é membro da Sobraep, da SBA e do IEEE.

References

F. Z, Peng, "Harmonic Sources and Filtering Approaches," IEEE Industry Application Magazine, pp. 18-25, Jul./Aug., 2001. https://doi.org/10.1109/2943.930987 DOI: https://doi.org/10.1109/2943.930987

J. C. Das, "Passive Filters-Potentialities and limitations", IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 40, no. 1, pp. 232-241, January/February 2004. https://doi.org/10.1109/TIA.2003.821666 DOI: https://doi.org/10.1109/TIA.2003.821666

B. Singh, K. Al-Haddad and A. Chandra, "A Review of Active Filters for Power Quality Improvement", IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 46, no. 5, pp. 960-971, October 1999. https://doi.org/10.1109/41.793345 DOI: https://doi.org/10.1109/41.793345

B. Singh, V. Verma, A. Chandra and K. Al-Haddad, "Hybrid Filter for Power Quality Improvement", IEE Proc.-Gener. Transmission and Distribution vol. 152, no. 3, pp. 365-378, May 2005. https://doi.org/10.1049/ip-gtd:20045027 DOI: https://doi.org/10.1049/ip-gtd:20045027

A. Cavallini, G. C. Montanari, "Compensation Strategies for Shunt Active-Filter Control", IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 9, no. 6, pp. 587-593, November 1994. https://doi.org/10.1109/63.334773 DOI: https://doi.org/10.1109/63.334773

M. Aredes, J. Häfner, K. Heumann, "Three-Phase Four-Wire Shunt Active Filter Control Strategies", IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 12, no. 2, pp. 311-318, March 1997. https://doi.org/10.1109/63.558748 DOI: https://doi.org/10.1109/63.558748

R. F. Pinheiro, C. B. Jacobina, A. M. N. Lima, E. R. Cabral da Silva, "A Revision Of The State Of The Art In Active Filters", Congresso Brasileiro de Eletrônica de Potência, pp. 857-862, 1999.

T. E. N. Zuñiga, M. V. Ataíde, J. A. Pomilio, "Filtro Ativo de Potência Sintetizando Cargas Resistivas", Eletrônica de Potência, vol. 5, no. 1, pp. 35-42, 2000. https://doi.org/10.18618/REP.2000.1.035042 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2000.1.035042

F. P. Marafão, S. M. Deckmann, J. A. Pomilio, R. Q. Machado, "Control Strategies to Improve Power Quality", Congresso Brasileiro de Eletrônica de Potência, pp. 378-387, 2001.

M. Aredes, L. F. C. Monteiro, "Compensation Algorithms based on Instantaneous Powers Defined in the Phase Mode and in the αβ0 Reference Frame", Congresso Brasileiro de Eletrônica de Potência, pp. 344-349, 2003.

E. V. Salgado, M. Aredes, L. C. Monteiro, J. A. M. Moor, "Control Strategies for Active Power Line conditioners a Literature Review", Congresso Brasileiro de Eletrônica de Potência, pp. 990-994, 2003.

J. A. M. Moor, M. Aredes, E. H. Watanabe, M. S. Ndiaye, "Evaluation of a Hybrid Control Strategy for Shunt Active Filter", Congresso Brasileiro de Eletrônica de Potência, pp. 298-303, 2005.

R. F. de Camargo, H. A. Gründling e H. Pinheiro, "Filtro Ativo de Potência para Compensação de Harmônicas de Tensão em Sistemas de Distribuição Trifásica a Quatro Fios", Eletrônica de Potência, vol. 12, no. 1, pp. 63-70, 2007. https://doi.org/10.18618/REP.2007.1.063070 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2007.1.063070

J. Dias, T. D. C. Busarello, L. Michels, C. Rech, M. Mezaroba, "Control Digital Simplificado para um Condicionador Unificado de Qualidade de Energia", Eletrônica de Potência, vol. 16, no. 3, pp. 212-221, 2011. https://doi.org/10.18618/REP.20113.212221 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.20113.212221

H Akagi Y. Kanazawa and A. Nabae, "Instantaneous Reactive Power Compensators Comprising Switching Devices Without Energy Storage Components", IEEE Transactions on Industrial Application, vol. 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

E. H. Watanabe, H. Akagi, and M. Aredes, "Instantaneous p-q Power Theory for Compensating Nonsinusoidal Systems", Przegląd Elektrotechniczny, (Electrical Review), vol. 84, no. 6, pp. 28-37, 2008. https://doi.org/10.1109/ISNCC.2008.4627480 DOI: https://doi.org/10.1109/ISNCC.2008.4627480

L. F. Penello, E. H. Watanabe, "Filtro ativo de potência tipo "shunt" com seleção da potência a ser compensada", Revista Controle & Automação, vol. 04, no.1, pp.31-37, 1993.

G. Casaravilla, A. Salvia, C. Briozzo, E. H. Watanabe, "Control Strategies of Selective Harmonic Current Shunt Active Filter", Congresso Brasileiro de Eletrônica de Potência, pp. 432-437, 2001.

F. P. Marafão, P. Mattavelli, S. Buso, S. M. Deckmann, "Repetitive-Based Control for Selective Active Filters Using Discrete Cosine Transform", Eletrônica de Potência, vol. 9, no. 1, pp. 29-36, 2004. https://doi.org/10.18618/REP.2004.1.029036 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2004.1.029036

B. Singh, V. Verma, "Selective compensation of power-quality problems through active power filter by current decomposition", IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 23, no. 2, pp. 792-799, Apr. 2008. https://doi.org/10.1109/TPWRD.2007.911108 DOI: https://doi.org/10.1109/TPWRD.2007.911108

P. Tenti, H. K. M. 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

H. K. M. Paredes, "Teoria de Potência Conservativa: Uma nova abordagem para o controle cooperativo de condicionadores de energia e considerações sobre atribuição de responsabilidades", Tese de Doutorado, UNICAMP, 2011.

H. K. M. Paredes, F. P. Marafão, T. M. Terrazas and P. J. A. Serni, "Harmonic, Reactive and Unbalance Compensation by Means of CPT Framework", Congresso Brasileiro de Eletrônica de Potência, vol. 10, pp. 741-748, 2009. https://doi.org/10.1109/COBEP.2009.5347610 DOI: https://doi.org/10.1109/COBEP.2009.5347610

H. K. M. Paredes, L. C. P. da Silva, D. I. Brandão, F. P. Marafão. "Possible Shunt Compensation Strategies Based on Conservative Power Theory". Przegląd Elektrotechniczny (Electrical Review), vol. 87, no. 1, pp.34-39, 2011.

M. G. Villalva, F. P. Marafão, M. M. Kubo, E. Ruppert F., "Practical rules for designing a shunt active power filter for non-linear unbalanced loads", Congresso Brasileiro de Automação, pp. 2802-2807, 2006.