Filtro Ativo De Potência Para Compensação De Harmônicos De Tensão Em Sistemas De Distribuição Trifásicos A Quatro Fios

Robinson Figueiredo de Camargo; Hilton Abílio Gründling; Humberto Pinheiro

doi:10.18618/REP.2007.1.063070

Authors

Robinson Figueiredo de Camargo Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul - Grupo de Automação Industrial e Controle
Hilton Abílio Gründling Universidade Federal de Santa Maria - Grupo de Eletrônica de Potência e Controle
Humberto Pinheiro Universidade Federal de Santa Maria - Grupo de Eletrônica de Potência e Controle

DOI:

https://doi.org/10.18618/REP.2007.1.063070

Keywords:

istorções harmônicas de tensão, Filtro ativo de potência paralelo, ressonâncias acústica

Abstract

Este artigo propõe um filtro ativo de potência paralelo para redução de distorções harmônicas de tensão a níveis abaixo dos recomendados pela IEEE Std. 519-1992, causadas por ressonâncias entre capacitâncias e indutâncias presentes em sistemas de distribuição a quatro fios em baixa tensão. Além disso, este é capaz de diminuir a corrente de neutro causada pela presença de cargas não-lineares no sistema. É apresentada uma análise detalhada do modelo discreto e normalizado FAPP visando sua implementação em DSPs. Ainda, são propostos a extensão do método de detecção de tensão e do controlador de corrente de tempo mínimo aplicado a sistemas a quatro fios. Finalmente, são apresentados resultados experimentais, a fim de avaliar o desempenho em termos da compensação de harmônicos de tensão no PCC e da corrente de neutro, do FAPP, o qual tem capacidade de operar em 20 kVA.

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Author Biographies

Robinson Figueiredo de Camargo, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul - Grupo de Automação Industrial e Controle

nasceu em Santa Maria, RS, Brasil, em 1976. Recebeu o título de engenheiro eletricista, mestre e Doutor em engenharia elétrica pela Universidade Federal de Santa Maria (UFSM-RS) em 2000, 2002 e 2006 respectivamente. Atualmente, é professor no Departamento de Tecnologia da Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul (UNIJUI-RS). Suas áreas de pesquisa incluem técnica de controle digital aplicadas a conversores estáticos, filtros ativos de potência, retificadores PWM e métodos de sincronização de conversores com a rede elétrica.

Hilton Abílio Gründling, Universidade Federal de Santa Maria - Grupo de Eletrônica de Potência e Controle

nasceu em Santa Maria, RS, Brasil, em 1954. Recebeu o título de engenheiro eletricista pela Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brasil, in 1977, e o título de mestre pela Universidade Federal de Santa Catarina, Brasil, em 1980. É doutor em engenharia elétrica pelo Instituto de tecnologia Aeronáutica, São Paulo, Brasil, in 1995. Desde 1980, é professor da Universidade Federal de Santa Maria, Rio Grande do Sul, Brasil. Suas áreas de pesquisa incluem controle adaptativo, controle discreto, e aplicações em sistemas de controle.

Humberto Pinheiro, Universidade Federal de Santa Maria - Grupo de Eletrônica de Potência e Controle

o nasceu em Santa Maria, Brasil, em 1960. Recebeu o título de engenheiro pela Universidade Federal de Santa Maria, em 1983, e o título de mestre pela Universidade Federal de Santa Catarina, Brasil, em 1987. É Ph.D. em Engenharia Elétrica pela Universidade de Concórdia, Montreal, Quebec, Canadá, em 1999. Foi professor na área de eletrônica de potência na Pontifícia Universidade Católica (PUC-RS), Brasil, de 1987 a 1991. Atualmente, é professor no Departamento de Eletrônica e Computação na Universidade Federal de Santa Maria, Brasil. Suas áreas de pesquisa incluem controle de fontes ininterruptas de energia (UPS), filtros ativos de potência e energia eólica.

References

R. C. Dugan, M. F. McGranaghan and H. Wayne Beaty, Electrical Power Systems Quality, 1996, Mc Graw-Hill: New York, pp. 123-187.

E. J. Currence, J. E. Plizga and H. N. Nelson "Harmonic resonance at a medium-sized industrial plant," IEEE Trans. on Industry Applications, vol. 31, pp. 682-690, Jul./Aug. 1995. https://doi.org/10.1109/28.395273 DOI: https://doi.org/10.1109/28.395273

C. A. Quinn and Ned Mohan, "Active filtering of harmonic currents in three-phase, four-wire systems with three-phase and single-phase non-linear loads," in Proc. APEC'92, vol. 2, pp. 829-835, 1992. https://doi.org/10.1109/APEC.1992.228328 DOI: https://doi.org/10.1109/APEC.1992.228328

L. S. Czarnecki, "Effect of minor harmonics on the performance of resonant harmonic filters in distribution systems," IEE Proc. Electric Power Applications, vol. 144, pp. 349-356, Sept. 1997. https://doi.org/10.1049/ip-epa:19971206 DOI: https://doi.org/10.1049/ip-epa:19971206

S. M. Deckmann, J. A. Pomilio, E. A. Mertens and L. F. S. Dias, "Uso de filtros passivos em redes de distribuição com cargas não-lineares," in proc.CBA'04 (Brazil), 2004, in CD-ROM.

T. J. E. Miller, Reactive Power Control in Electric Systems, 1ª Ed., New York: John Wiley & Sons, 1982, pp. 2-183.

D. D. Shipp, "Harmonic analysis and suppression for electrical systems supplying static power converters and other nonlinear loads," IEEE Trans. on Industry Applications, vol. IA-15, pp. 453-458, Sep./Oct. 1979. https://doi.org/10.1109/TIA.1979.4503689 DOI: https://doi.org/10.1109/TIA.1979.4503689

H. Akagi, Y. Kanazawa, and A. Nabae, "Instantaneous reactive power compensators comprising switching without energy storage components," IEEE Trans. on Industry Applications, vol. IA-20, pp. 625-630, Mai./Jun. 1984. https://doi.org/10.1109/TIA.1984.4504460 DOI: https://doi.org/10.1109/TIA.1984.4504460

F. B. Líbano, J. A. Cobos and J. Uceba, "Simplified control strategy for hybrid active filters," in Proc. IEEE PESC'97, 1997, pp. 1102-1108. https://doi.org/10.1109/PESC.1997.616884 DOI: https://doi.org/10.1109/PESC.1997.616884

M. Aredes and E. H. Watanabe, "New control algorithms for series and shunt three-phase four-wire active power filters," IEEE Trans. on Power Delivery, vol. 10, pp. 1649-1656, Jul. 1995. https://doi.org/10.1109/61.400952 DOI: https://doi.org/10.1109/61.400952

B. Singh, K. Al-Haddad and A. Chandra, "A review of active filters for power quality improvement," IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 46, pp. 960-971, Oct. 1999. https://doi.org/10.1109/41.793345 DOI: https://doi.org/10.1109/41.793345

H. Akagi, S. Ogasawara and H. Kim, "The theory of instantaneous power in three-phase four-wire systems: A comprehensive approach," in Proc. IEEE IAS'99, 1999, pp. 431-439. https://doi.org/10.1109/IAS.1999.799991 DOI: https://doi.org/10.1109/IAS.1999.799991

M. Aredes, J. Hafner and K. Heumann, "Three-phase four-wire shunt active filter control strategies," IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 12, pp. 311-318, Mar. 1997. https://doi.org/10.1109/63.558748 DOI: https://doi.org/10.1109/63.558748

H. Kawahira, T. Nakamura, S. Nakazawa and M. Nomura "Active power filter," in Proc. IPEC'83, pp. 981-992, 1983.

H. Akagi, "Control strategy and site selection of a shunt active filter for damping of harmonic propagation in power distribution systems," IEEE Trans. on Power Delivery, vol. 12, pp. 354-363, Jan. 1997. https://doi.org/10.1109/61.568259 DOI: https://doi.org/10.1109/61.568259

H. Akagi, H. Fujita and K. Wada "A shunt active filter based on voltage detection for harmonic termination of a radial power distribution line," IEEE Trans. on Industry Applications, vol. 35, pp. 638-645, May/Jun. 1999. https://doi.org/10.1109/28.767015 DOI: https://doi.org/10.1109/28.767015

Y. Sato, T. Kawase, M. Akiyama and T. Kataoka "A control strategy for general-purpose active filters based on voltage detection," IEEE Trans. on Industry Applications, vol. 36, pp. 1405-1412, Sep./Oct. 2000. https://doi.org/10.1109/28.871290 DOI: https://doi.org/10.1109/28.871290

P.-C. Tan, R. E. Morrison and D. G. Holmes, "Voltage form factor control and reactive power compensation in a 25-kV electrified railway system using a shunt active filter based on voltage detection," IEEE Trans. on Industry Applications, vol. 39, pp. 575-581, Mar./Apr. 2003. https://doi.org/10.1109/TIA.2003.809455 DOI: https://doi.org/10.1109/TIA.2003.809455

P. T. Cheng and Lee Z.-L. "Distributed active filter systems (DAFS): a new approach to power system harmonics," in Proc. IAS '04, 2004, in CD-ROM. https://doi.org/10.1109/IAS.2004.1348393 DOI: https://doi.org/10.1109/IAS.2004.1348393

Z. H. Yuan and Y. Du "Analytical analysis of shunt active power filters based on voltage detection", in proc. IAS'05, pp. 1241-1245, 2005. https://doi.org/10.1109/IAS.2005.1518518 DOI: https://doi.org/10.1109/IAS.2005.1518518

L. Malesani, P. Mattavelli and S. Buso "Robust dead-beat current control for PWM rectifiers and active filters," IEEE Trans. on Industry Applications, vol 35, pp. 613-620, 1999. https://doi.org/10.1109/28.767012 DOI: https://doi.org/10.1109/28.767012

F. Botteron, R. F. de Camargo, H. L Hey, J. R. Pinheiro, H. A. Grundling, H. Pinheiro, "New limiting algorithms for space vector modulated three-phase four-leg voltage source inverters," IEE Proc. Electric Power Applications, vol. 150, pp. 733 - 742, Nov. 2003. https://doi.org/10.1049/ip-epa:20030913 DOI: https://doi.org/10.1049/ip-epa:20030913

R. F. Camargo and H. Pinheiro, "New synchronization method for three-phase four-wire PWM converters under unbalance and harmonics in the grid voltages," in Proc. of EUROPES'05, in CD-ROM, 2005. https://doi.org/10.1109/PESC.2005.1581672 DOI: https://doi.org/10.1109/PESC.2005.1581672

K. Okata, Discrete-Time Control Systems, 1995, 2nd ed., Prentice Hall: New Jersey, pp. 408-516.

R. F. de Camargo, "Contribuição ao Estudo de Filtros Ativos de Potência," Dissertação de Mestrado, PPGEE, Universidade Federal de Santa Maria, Julho de 2002.

F. P. Marafão Análise e Controle da Energia Elétrica através de Técnicas de Processamento Digital de Sinais, Tese de Doutorado, Universidade Estadual de Campinas, Dezembro 2004.

S. Hamasaki and A. Kawamura, "Improvement of current regulation of line-current-detection-type active filter based on deadbeat control," IEEE Trans. on Industry Applications, vol. 39, pp. 536-541, Mar./Apr. 2003. https://doi.org/10.1109/TIA.2003.808956 DOI: https://doi.org/10.1109/TIA.2003.808956

S.-J. Park, F.-S. Kang, M. H. Lee, C.-U. Kim, "A new single-phase five-level PWM inverter employing a deadbeat control scheme," IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 18, pp.831-843, May 2003. https://doi.org/10.1109/TPEL.2003.810837 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2003.810837

L. Morán, P. D. Ziogas, and G. Joos, "Design aspects of synchronous PWM rectifier-inverter systems under unbalanced input voltage conditions" IEEE Trans. on Industry Applications, vol. 28, Nov./Dec. 1992, pp. 1286-1293. https://doi.org/10.1109/28.175279 DOI: https://doi.org/10.1109/28.175279