FILTROS HARMÔNICOS TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO TRABALHO DE CONDICIONAMENTO GRUPO 7: Renato de Campos – 14529 Renato de Noronha Fernandes – 14530 Saulo Ribeiro Silva – 14538 Silas de Oliveira Souza – 14539 Vinícius Cabral do Nascimento - 14487 Equipe 8 – Verde Juliana Bertoni Justino 14050 Reginaldo V. Tiradentes Miranda 14526 Renato de Campos 14529 Saulo Ribeiro Silva 14538 Silas Oliveira Souza 14539 Vinícius Cabral Nascimento 14487
TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO OBJETIVO TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO Apresentar o principais características, funcionamento e a aplicação dos filtros harmônicos passivos, ativos e eltromagnéticos. TRABALHO DE CONDICIONAMENTO Equipe 8 – Verde Juliana Bertoni Justino 14050 Reginaldo V. Tiradentes Miranda 14526 Renato de Campos 14529 Saulo Ribeiro Silva 14538 Silas Oliveira Souza 14539 Vinícius Cabral Nascimento 14487
TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO INTRODUÇÃO TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO Dispositivos e equipamentos baseados na eletrônica de potência estão causando efeitos indesejáveis na Qualidade da Energia Elétrica. Qualidade de atendimento Conformidade e continuidade Comprometem o funcionamento deles mesmos e dos demais equipamentos do SEP. Diversos estudos já foram realizados de modo a determinar as causas destes problemas e suas soluções, muitas destas utilizando simuladores MatLab. TRABALHO DE CONDICIONAMENTO Equipe 8 – Verde Juliana Bertoni Justino 14050 Reginaldo V. Tiradentes Miranda 14526 Renato de Campos 14529 Saulo Ribeiro Silva 14538 Silas Oliveira Souza 14539 Vinícius Cabral Nascimento 14487
TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO HARMÔNICOS TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO Tem sido realizado grande quantidade de estudos relacionadas a esta área. Fontes de harmônicos; Efeitos de fontes de suprimento distorcidas; Padronização; Simulações. Conseqüência dos Harmônicos: Desvio na magnitude, forma de onda ou freqüência da tensão e/ou corrente Afetar o suprimento elétrico nos distintos grupos de consumidores. TRABALHO DE CONDICIONAMENTO Equipe 8 – Verde Juliana Bertoni Justino 14050 Reginaldo V. Tiradentes Miranda 14526 Renato de Campos 14529 Saulo Ribeiro Silva 14538 Silas Oliveira Souza 14539 Vinícius Cabral Nascimento 14487
TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO HARMÔNICOS TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO Estudos mostram que a distorção na carga em relação ao sistema supridor é maior sendo responsáveis por formas de onda bastante distorcidas. A maioria destes fenômenos ocorre de forma periódica, produzindo componentes múltiplas inteiras da freqüência fundamental do sistema. A causa da distorção harmônica são as cargas não-lineares acopladas ao sistema. TRABALHO DE CONDICIONAMENTO Equipe 8 – Verde Juliana Bertoni Justino 14050 Reginaldo V. Tiradentes Miranda 14526 Renato de Campos 14529 Saulo Ribeiro Silva 14538 Silas Oliveira Souza 14539 Vinícius Cabral Nascimento 14487
TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO HARMÔNICOS TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO Efeito de uma resistência não-linear na corrente quando esta é alimentada por uma fonte senoidal ideal. Tensão senoidal, Corrente distorcida. Esta situação ilustra o surgimento das distorções harmônicas nos sistemas elétricos. Série de Fourrier. TRABALHO DE CONDICIONAMENTO Equipe 8 – Verde Juliana Bertoni Justino 14050 Reginaldo V. Tiradentes Miranda 14526 Renato de Campos 14529 Saulo Ribeiro Silva 14538 Silas Oliveira Souza 14539 Vinícius Cabral Nascimento 14487
TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO HARMÔNICOS TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO Diversos métodos têm sido estudados no sentido de minimizar os harmônicos produzidos ou injetados pelas fontes, eles compreendem: Filtros Passivos; Filtros Ativos; Filtros Eletromagnéticos. TRABALHO DE CONDICIONAMENTO Equipe 8 – Verde Juliana Bertoni Justino 14050 Reginaldo V. Tiradentes Miranda 14526 Renato de Campos 14529 Saulo Ribeiro Silva 14538 Silas Oliveira Souza 14539 Vinícius Cabral Nascimento 14487
TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO HARMÔNICOS TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO TRABALHO DE CONDICIONAMENTO Forma de Onda e Espectro Harmônico sem filtro. Equipe 8 – Verde Juliana Bertoni Justino 14050 Reginaldo V. Tiradentes Miranda 14526 Renato de Campos 14529 Saulo Ribeiro Silva 14538 Silas Oliveira Souza 14539 Vinícius Cabral Nascimento 14487 Forma de Onda e Espectro Harmônico com filtro.
FILTRO ELETROMAGNÉTICO TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO A ligação do equipamento é paralela ao sistema, no sentido de diminuir/eliminar as componentes harmônicas geradas por uma carga não-linear. TRABALHO DE CONDICIONAMENTO Equipe 8 – Verde Juliana Bertoni Justino 14050 Reginaldo V. Tiradentes Miranda 14526 Renato de Campos 14529 Saulo Ribeiro Silva 14538 Silas Oliveira Souza 14539 Vinícius Cabral Nascimento 14487
FILTRO ELETROMAGNÉTICO TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO O circuito equivalente pode ser representado por: Pelo divisor de Corrente: iSZ_C (t) – Corrente de seq. zero gerada pela carga; iSZ_F (t) – Corrente de seq. zero através do filtro; ZSZ_S – Impedância de seq. zero do sistema (R, L); ZSZ_F – Impedância de seqüência zero do filtro (R, L). TRABALHO DE CONDICIONAMENTO Equipe 8 – Verde Juliana Bertoni Justino 14050 Reginaldo V. Tiradentes Miranda 14526 Renato de Campos 14529 Saulo Ribeiro Silva 14538 Silas Oliveira Souza 14539 Vinícius Cabral Nascimento 14487
FUNDAMENTAÇÃO MATEMÁTICA TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO Arranjo didático do filtro harmônico de seqüência zero: TRABALHO DE CONDICIONAMENTO Equipe 8 – Verde Juliana Bertoni Justino 14050 Reginaldo V. Tiradentes Miranda 14526 Renato de Campos 14529 Saulo Ribeiro Silva 14538 Silas Oliveira Souza 14539 Vinícius Cabral Nascimento 14487
REPRESENTAÇÃO NO MATLAB TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO Segundo modelo elétrico especificado determinou-se o equivalente do filtro harmônico eletromagnético de seqüência zero no matlab. Para validar a eficácia adiciona-se ao sistema cargas não-lineares geradoras de correntes harmônicas de seqüência zero. Carga: três retificadores monofásicos. TRABALHO DE CONDICIONAMENTO Equipe 8 – Verde Juliana Bertoni Justino 14050 Reginaldo V. Tiradentes Miranda 14526 Renato de Campos 14529 Saulo Ribeiro Silva 14538 Silas Oliveira Souza 14539 Vinícius Cabral Nascimento 14487
TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO RESULTADOS TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO Tensões senoidais, equilibradas e simétricas de 127[V], impedância da rede composta de uma indutância de 2[mH] e uma resistência de 0,2[Ω], e cargas monofásicas puramente resistivas iguais a 20[Ω] cada. As correntes obtidas em cada fase, para a carga não-linear, filtro harmônico e fonte de suprimento são iguais. Forma de onda e espectro harmônico da corrente na carga – Situação Ideal TRABALHO DE CONDICIONAMENTO Equipe 8 – Verde Juliana Bertoni Justino 14050 Reginaldo V. Tiradentes Miranda 14526 Renato de Campos 14529 Saulo Ribeiro Silva 14538 Silas Oliveira Souza 14539 Vinícius Cabral Nascimento 14487
TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO RESULTADOS TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO Forma de onda e espectro harmônico da corrente no filtro – Situação Ideal Forma de onda e espectro harmônico da corrente sistema supridor – Situação Ideal TRABALHO DE CONDICIONAMENTO Equipe 8 – Verde Juliana Bertoni Justino 14050 Reginaldo V. Tiradentes Miranda 14526 Renato de Campos 14529 Saulo Ribeiro Silva 14538 Silas Oliveira Souza 14539 Vinícius Cabral Nascimento 14487
TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO RESULTADOS TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO A partir da verifica-se que o filtro, em condições ideais de operação, possui uma eficiência de aproximadamente 85,3%, valor este que se encontra bem próximo aos obtidos em experimentos reais de operação. TRABALHO DE CONDICIONAMENTO Equipe 8 – Verde Juliana Bertoni Justino 14050 Reginaldo V. Tiradentes Miranda 14526 Renato de Campos 14529 Saulo Ribeiro Silva 14538 Silas Oliveira Souza 14539 Vinícius Cabral Nascimento 14487
TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO FILTROS ATIVOS TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO Equipamentos eletrônicos formados por: Semicondutores de potência; Filtros; Elementos armazenadores de energia. Características: Capacidade de compensar potência reativa; Capacidade de compensar harmônicos de cargas não lineares. Trata de um processo dinâmico de compensação de acordo com as distorções presentes na rede. TRABALHO DE CONDICIONAMENTO Equipe 8 – Verde Juliana Bertoni Justino 14050 Reginaldo V. Tiradentes Miranda 14526 Renato de Campos 14529 Saulo Ribeiro Silva 14538 Silas Oliveira Souza 14539 Vinícius Cabral Nascimento 14487
TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO FILTROS ATIVOS TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO Princípio de Funcionamento: Filtro série; Filtros paralelos; Atuam no circuito somando à forma de onda da rede, componentes harmônicas de mesma amplitude das presentes no sistema, porém com fase oposta a estas, garantindo idealmente uma forma de onda somente com a componente fundamental. TRABALHO DE CONDICIONAMENTO Equipe 8 – Verde Juliana Bertoni Justino 14050 Reginaldo V. Tiradentes Miranda 14526 Renato de Campos 14529 Saulo Ribeiro Silva 14538 Silas Oliveira Souza 14539 Vinícius Cabral Nascimento 14487
TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO FILTROS ATIVOS TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO Filtros ativos paralelos injetam corrente à linha com mesma amplitude e fase oposta à corrente harmônica da carga, sendo uma fonte de correntes harmônicas . A configuração série provêm tensão harmônica com mesma amplitude e fase oposta à tensão harmônica da carga. TRABALHO DE CONDICIONAMENTO Equipe 8 – Verde Juliana Bertoni Justino 14050 Reginaldo V. Tiradentes Miranda 14526 Renato de Campos 14529 Saulo Ribeiro Silva 14538 Silas Oliveira Souza 14539 Vinícius Cabral Nascimento 14487
TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO CARACTERÍSTICAS TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO Pode-se caracterizar um filtro ativo de acordo com sua potência de aplicação. Baseados em um VSI (Voltage Source Inverter) fundamentado em IGBTs. Devem possuir um sistema de controle adequado, dinâmico e condizente ao espectro harmônico da forma de onda. São três estágios: Condicionamento do sinal; Derivação do sinal; Disparo aos gates dos elementos do filtro. TRABALHO DE CONDICIONAMENTO Equipe 8 – Verde Juliana Bertoni Justino 14050 Reginaldo V. Tiradentes Miranda 14526 Renato de Campos 14529 Saulo Ribeiro Silva 14538 Silas Oliveira Souza 14539 Vinícius Cabral Nascimento 14487
FILTROS ATIVOS HÍBRIDOS TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO Compreende a utilização de filtros passivos juntamente com filtros ativos. Filtro ativo: elimina as correntes de menor amplitude. Filtro passivo: compensa as correntes harmônicas de maior amplitude. TRABALHO DE CONDICIONAMENTO Equipe 8 – Verde Juliana Bertoni Justino 14050 Reginaldo V. Tiradentes Miranda 14526 Renato de Campos 14529 Saulo Ribeiro Silva 14538 Silas Oliveira Souza 14539 Vinícius Cabral Nascimento 14487
TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO MALHA DE CONTROLE TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO O controle é realizado através do monitoramento da corrente na carga, extraindo ihr que contém as componentes harmônicas a serem compensadas. No armazenador de energia do inversor deve ser a tensão Vd constante. Subtrai-se desta tensão uma tensão de referência V*d, e multiplica o resultado pelo controlador Rvc(s). TRABALHO DE CONDICIONAMENTO Equipe 8 – Verde Juliana Bertoni Justino 14050 Reginaldo V. Tiradentes Miranda 14526 Renato de Campos 14529 Saulo Ribeiro Silva 14538 Silas Oliveira Souza 14539 Vinícius Cabral Nascimento 14487
TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO MALHA DE CONTROLE TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO A saída deste multiplica a onda senoidal amostrada do circuito. Este produto é a referência de corrente senoidal para manutenção da tensão Vd do armazenador de energia do VSI. Esta corrente senoidal somada à corrente harmônica amostrada ihr resulta na corrente de referência ir para o filtro ativo. TRABALHO DE CONDICIONAMENTO Equipe 8 – Verde Juliana Bertoni Justino 14050 Reginaldo V. Tiradentes Miranda 14526 Renato de Campos 14529 Saulo Ribeiro Silva 14538 Silas Oliveira Souza 14539 Vinícius Cabral Nascimento 14487
TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO MALHA DE CONTROLE TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO A corrente de saída do filtro ia é amostrada e comparada à corrente de referência, obtendo assim o erro deste circuito, que é enviado ao controlador, onde é comparado a um sinal triangular, e o resultado serão os comandos aos “gates” do conversor. TRABALHO DE CONDICIONAMENTO Equipe 8 – Verde Juliana Bertoni Justino 14050 Reginaldo V. Tiradentes Miranda 14526 Renato de Campos 14529 Saulo Ribeiro Silva 14538 Silas Oliveira Souza 14539 Vinícius Cabral Nascimento 14487
TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO FILTROS PASSIVOS TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO São normalmente instalados em paralelo a carga. A filtragem das harmônicas é feita colocando-se filtros sintonizados nas freqüências de maior relevância e coloca-se um filtro passa-alta, para atenuação das demais harmônicas. Os filtros podem ser: Sintonizados Harmônicas superiores. TRABALHO DE CONDICIONAMENTO Equipe 8 – Verde Juliana Bertoni Justino 14050 Reginaldo V. Tiradentes Miranda 14526 Renato de Campos 14529 Saulo Ribeiro Silva 14538 Silas Oliveira Souza 14539 Vinícius Cabral Nascimento 14487
FILTROS PASSIVOS SINTONIZADOS TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO Compostos pela associação série indutor-capacitor. Baseia-se na redução da impedância da célula na freqüência de interesse, produzindo um caminho local de menor impedância para as correntes harmônicas indesejadas. Impedância do filtro (considerando a impedância do sistema de alimentação suficientemente grande para ser desprezada) Z= R+ j XL - XC TRABALHO DE CONDICIONAMENTO Equipe 8 – Verde Juliana Bertoni Justino 14050 Reginaldo V. Tiradentes Miranda 14526 Renato de Campos 14529 Saulo Ribeiro Silva 14538 Silas Oliveira Souza 14539 Vinícius Cabral Nascimento 14487
FILTROS PASSIVOS SINTONIZADOS TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO A freqüência natural de ressonância do filtro (fn) XC = XL Anulando-se a parte imaginária da impedância. Fator de Qualidade (Q) Representa o quanto o filtro projetado se aproxima de um filtro ideal, está relacionado com a resistência série do filtro e é definido matematicamente por: Quanto maior melhor será o seu efeito na filtragem. TRABALHO DE CONDICIONAMENTO Equipe 8 – Verde Juliana Bertoni Justino 14050 Reginaldo V. Tiradentes Miranda 14526 Renato de Campos 14529 Saulo Ribeiro Silva 14538 Silas Oliveira Souza 14539 Vinícius Cabral Nascimento 14487
FILTROS PASSIVOS HARMÔNICAS SUPERIORES TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO Costuma-se: Realizar filtragem das duas harmônicas de menor ordem; A filtragem das demais se faz uso simplesmente de um filtro passa-alta. Fator de qualidade TRABALHO DE CONDICIONAMENTO Equipe 8 – Verde Juliana Bertoni Justino 14050 Reginaldo V. Tiradentes Miranda 14526 Renato de Campos 14529 Saulo Ribeiro Silva 14538 Silas Oliveira Souza 14539 Vinícius Cabral Nascimento 14487
TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO APLICAÇÃO TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO Deseja-se instalar um banco de capacitores para corrigir o fp para 0,94 e um filtro harmônico, devido ao retificador. TRABALHO DE CONDICIONAMENTO Equipe 8 – Verde Juliana Bertoni Justino 14050 Reginaldo V. Tiradentes Miranda 14526 Renato de Campos 14529 Saulo Ribeiro Silva 14538 Silas Oliveira Souza 14539 Vinícius Cabral Nascimento 14487
TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO APLICAÇÃO TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO Premissas: O cálculo do filtro sintonizado, para a 7ª. Harmônica, se dará em torno da 6,7ª harmônica. Filtro será instalado na barra de 6 kV Carga suprida nesta barra (carga não-linear) de potência igual a 12 MVA com fator de potência 0,75 indutivo. Tensão harmônica de 7ª ordem nessa barra com a carga não-linear desligada seja de 7,0 V. TRABALHO DE CONDICIONAMENTO Equipe 8 – Verde Juliana Bertoni Justino 14050 Reginaldo V. Tiradentes Miranda 14526 Renato de Campos 14529 Saulo Ribeiro Silva 14538 Silas Oliveira Souza 14539 Vinícius Cabral Nascimento 14487
TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO APLICAÇÃO TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO Freqüência de Sintonia: ω0=6,7 Potencia reativa do capacitor: TRABALHO DE CONDICIONAMENTO Equipe 8 – Verde Juliana Bertoni Justino 14050 Reginaldo V. Tiradentes Miranda 14526 Renato de Campos 14529 Saulo Ribeiro Silva 14538 Silas Oliveira Souza 14539 Vinícius Cabral Nascimento 14487
TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO APLICAÇÃO TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO Para sintonizar o filtro: TRABALHO DE CONDICIONAMENTO Equipe 8 – Verde Juliana Bertoni Justino 14050 Reginaldo V. Tiradentes Miranda 14526 Renato de Campos 14529 Saulo Ribeiro Silva 14538 Silas Oliveira Souza 14539 Vinícius Cabral Nascimento 14487
TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO APLICAÇÃO TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO Determinação do Reator: Com este filtro calculado, conseguimos atenuar os efeitos causados pelos harmônicos do retificador: TRABALHO DE CONDICIONAMENTO Equipe 8 – Verde Juliana Bertoni Justino 14050 Reginaldo V. Tiradentes Miranda 14526 Renato de Campos 14529 Saulo Ribeiro Silva 14538 Silas Oliveira Souza 14539 Vinícius Cabral Nascimento 14487
TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO CONCLUSÕES TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO Verificou-se a eficácia e a necessidade dos filtros na atenuação dos efeitos causados por harmônicos devido a carga não lineares. Verificou-se que a complementaridade de filtros é interessante, sendo que uns podem compensar as desvantagens de outro, como nos filtros híbridos. Por fim, neste contexto de inserção de novas alternativas de energia ao sistema, os filtros se mostram cada vez mais aplicáveis no dia-a-dia TRABALHO DE CONDICIONAMENTO Equipe 8 – Verde Juliana Bertoni Justino 14050 Reginaldo V. Tiradentes Miranda 14526 Renato de Campos 14529 Saulo Ribeiro Silva 14538 Silas Oliveira Souza 14539 Vinícius Cabral Nascimento 14487