Estudo e desenvolvimento de um filtro ativo de potência híbrido sem transformador

Abstract

O aumento das cargas baseadas em eletrônica de potência, com o intuito de aumentar a eficiência do sistema local, traz consigo efeitos nocivos ao sistema como um todo: as distorções harmônicas. Mitigar estes harmônicos no sistema elétrico é uma tarefa fundamental para reduzir as perdas e aumentar a efetividade da energia elétrica, porém a complexidade destas reduções está fortemente atrelada ao crescente número destes dispositivos. Dentre os recursos existentes, os filtros híbridos sem transformador são uma escolha com custo reduzido e com bom desempenho. Por tanto, a proposta deste trabalho é o estudo de um filtro de potência híbrido conectado em uma rede elétrica de baixa tensão (380V), para restringir distorções harmônicas causadas por cargas não lineares e/ou distúrbios da rede elétrica. Esta configuração de filtro ativo é baseada em um inversor tipo fonte de tensão e utiliza uma modulação por largura de pulso SPWM e é conectado ao barramento sem transformador, em paralelo com a carga, por meio de um filtro passivo. Para avaliar a eficiência foram criadas condições de carga e mudanças dinâmicas, com auxílio do software PSIM, afim de analisar as respostas do filtro híbrido sem transformador sob condições de funcionamento de equipamentos industriais. Os resultados obtidos destas variações estáticas e dinâmicas de cargas comprovaram que, para a maioria dos casos simulados, o filtro auxilia na redução de harmônicas de corrente e também melhora significativamente o fator de potência do sistema.

The loads increase based on power electronics, in order to increase the efficiency of the local system, brings harmful effects to the system as a whole: the harmonic distortions. Mitigate these harmonics in the electrical system is a fundamental task to reduce losses and increase electric energy’s effectiveness, but the complexity of these reductions is strongly linked to the increasing number of these devices. Among the existing features, a transformerless hybrid filters are a cost-effective choice with good performance. Therefore, the proposal of this work is the study of a hybrid power filter connected in a low voltage electrical network (380V), to restrict harmonic distortions caused by non-linear loads and/or power grid disturbances. This active filter configuration is based on an voltage source inverter (VSI) and uses sinusoidal pulse width modulation SPWM and is connected to the bus without transformer, in parallel with the load, through a passive filter. To evaluate the efficiency, load conditions and dynamic changes were created, with employing PSIM, to analyze the transformer hybrid filter responses under industrial equipment operating conditions. The obtained results of these static and dynamic load variations have shown that, for most simulated cases, the filter assists in the current harmonics reduction and significantly improves the system's power factor.