Anais do XIX Congresso Brasileiro de Automática, CBA 2012.
SISTEMA UPS LINE-INTERACTIVE MONOFÁSICO COM REFERÊNCIAS DE CORRENTE E
TENSÃO DE COMPENSAÇÃO SENOIDAIS GERADAS POR UM FILTRO AUTO-SINTONIZADO
1
1
2
SÉRGIO A. O. DA SILVA , RODRIGO A. MODESTO , RODRIGO BARRIVIERA , MAURÍCIO KASTER
1
1
Departamento de Engenharia Elétrica, Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR
Av. Alberto Carazzai, 1640, CEP- 86.300-000, Cornélio Procópio-PR, BRASIL, +55-43-3520-4094
E-mails: [email protected], [email protected],[email protected]
2
Instituto Federal do Paraná – IFPR
PR466 - Gleba Pindaúva - Secção C - Parte 2 – CEP- 86870-000, Ivaiporã – PR, BRASIL, +55 (43) 3472-0763
E-mail: [email protected]
Abstract This paper presents a single-phase line-interactive uninterruptible power supply (UPS) system, allowing output voltage conditioning, such as voltage harmonic suppression and voltage sag/swell compensation. Additionally, the UPS input current is also compensated, allowing current harmonic suppression and reactive power compensation. In other words, the UPS system acts as a unified power quality conditioner (UPQC), when working in standby operation mode. Both sinusoidal voltage and
current references of the UPS are generated by using of a phase-locked loop (PLL) operating in conjunction with a self-tuning
filter (STF), allowing the implementation of a simplified control strategy, in which by controlling only the UPS dc-bus voltage,
is possible to control the amplitude of the sinusoidal current reference of the series converter and, consequently, the controlling
of the power flow through the UPS. The power rates handled by the series and the parallel PWM converters depend on, mainly,
the amplitude difference between the input and output UPS voltages. This, in order to optimize the efficiency of the UPS in
standby mode of operation, the amplitude of the UPS output voltage will be allowed to vary in order to follow the amplitude of
the input voltage within a limited range defined by design requirements. This strategy will allow an effective optimization of the
efficiency of the UPS system. Mathematical analyses are presented and validation results are presented in order to evaluate the
performance of the line-interactive UPS system.
Keywords Unified Power Quality Conditioner, Uninterruptible Power Supply, Self-Tuning Filter.
Resumo Este trabalho apresenta um sistema UPS (Uninterruptible Power Supply) line-interactive monofásico, o qual permite
o condicionamento da tensão de saída, ou seja, supressão de harmônicos de tensão e compensação de afundamentos (sags) e
elevações (swells) de tensão. Além disso, a corrente de entrada da UPS também é compensada, permitindo a supressão de harmônicos de corrente e compensação de potência reativa. Em outras palavras, o sistema UPS atua como um condicionador unificado de qualidade de energia (UPQC- Unified Power Quality Conditioner), quando este trabalha no modo de operação standby,
ou seja, com a rede presente. Ambas as referências senoidais de tensão e corrente de compensação são geradas usando um sistema PLL (Phase-Locked Loop) operando em conjunto com um filtro auto-sintonizado (STF- Self Tuning Filter), permitindo a
implementação de uma estratégia de controle simplificada, na qual, controlando apenas a tensão do barramento CC da UPS, é
possível controlar a amplitude da corrente senoidal de referência do conversor série e, por conseguinte, controlar o fluxo de potência através da UPS. As taxas de potência sintetizadas pelos conversores PWM série e paralelo da UPS dependem, principalmente, da diferença de amplitude entre as tensões de entrada e saída. Sendo assim, para otimizar a eficiência da UPS no modo
de operação standby, a amplitude da tensão de saída será variada no intuito de seguir a amplitude da tensão de entrada, respeitando sempre uma faixa de tensão que atenda aos requisitos da carga. Análises matemáticas são realizadas, bem como resultados
de validação são apresentados com o objetivo de avaliar o desempenho do sistema UPS line-interactive.
Palavras-chave Fonte de Energia Ininterrupta, Condicionador Unificado de Qualidade de Energia, Filtro Auto Sintonizado.
1
Introdução
A utilização crescente de cargas não lineares por
consumidores industriais, comerciais e residenciais
tem contribuído para aumentar as distorções de tensão na rede elétrica, as quais são ocasionadas por
meio das elevadas correntes harmônicas drenadas do
sistema elétrico de potência.
Filtros Ativos de Potência (FAP) paralelos têm
contribuído para mitigar os efeitos sobre o sistema de
energia, causado pela circulação de correntes harmônicas geradas por cargas não lineares (Monteiro et
al., 2007; Khadkikar et al., 2008; Silva et al., 2010).
Já os FAP série normalmente têm sido usados para
compensar distúrbios de tensão da rede elétrica, tais
ISBN: 978-85-8001-069-5
como sags e sweels, harmônicos, dentre outros (Bhattacharya et al., 1995; Dixon et al., 1997). Por outro
lado, a compensação ativa de potência série e paralela pode ser feita, simultaneamente, por meio de condicionadores unificados de qualidade de energia
(UPQCs- Unified Power Quality Conditioner) (Aredes et al., 1995; Fujita et al., 1998; Aredes et al.,
1998; Aredes et al., 2009; Silva et al., 2010).
Especificamente, fontes de energia ininterrupta
(UPS- Uninterruptible Power Supply) têm sido empregadas a fim de fornecer energia limpa e ininterrupta para cargas críticas, tais como, computadores,
equipamentos médico-hospitalares, controle de tráfego aéreo, dentre outros (Jeon et al., 1997; Kamran et
al., 1998; Kwon et al., 2001; Silva et al., 2002, Nasiri et al., 2004, Silva et al., 2005). Portanto, sob condições normais e anormais das tensões da rede, os
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Anais do XIX Congresso Brasileiro de Automática, CBA 2012.
sistemas UPS devem ser capazes de drenar correntes
da rede elétrica, senoidais e com baixo conteúdo
harmônico. Simultaneamente, devem fornecer à carga, tensões senoidais equilibradas, reguladas e com
baixas taxas de distorção harmônica (TDH).
Similar ao UPQC, a UPS estudada neste trabalho
atua no condicionamento ativo de potência série e
paralelo, quando estiver operando no modo standby,
ou seja, com a rede presente (Jeon et al., 1997; Kamran et al., 1998; Silva et al., 2002; Silva et al., 2005).
Em aplicações de UPQC convencionais o conversor série opera como uma fonte de tensão não
senoidal, eliminando as perturbações de tensão da
rede, enquanto o conversor de paralelo opera como
uma fonte corrente não senoidal eliminando quaisquer harmônicos de corrente gerados por cargas não
lineares (Aredes et al., 1995; Fujita et al., 1998). No
entanto, o UPQC pode operar de maneira dual à
convencional (Aredes et al., 2009; Silva et al., 2010),
a qual é também chamada de iUPQC e agrega diversas vantagens quanto a sua operação (Aredes et al.,
2009). A estratégia de controle empregada permite
que o conversor PWM série funcione como uma
fonte de corrente senoidal, enquanto o conversor de
paralelo PWM funciona como uma fonte de tensão
senoidal. Ambos os conversores PWM são controlados para operar em fase com a tensão de entrada.
Uma vez que no modo standby a UPS opera como um UPQC, a sua eficiência está diretamente relacionada com a potência sintetizada pelos conversores
PWM. Esta depende basicamente da diferença de
amplitude entre as tensões da rede e da carga, bem
como das condições de carga como fator de potência
fundamental e TDH de corrente. Além disso, o fator
de carga do banco de baterias deve também ser considerado no dimensionamento dos conversores.
Na maioria das aplicações em FAP, para a geração das correntes e tensões de referência faz-se uso
de estratégias consolidadas, como a baseada na Teoria p-q (Aredes et al., 1995; Fujita et al., 1998), a
qual é fortemente influenciada na presença de harmônicos e desbalanços de tensão. Outra estratégia
largamente empregada é baseada no sistema de eixos
de referência síncrona (SRF- Synchronous Reference
Frame), a qual necessariamente precisa da utilização
de um sistema PLL (Phase-Locked Loop) (Bhattacharya et al., 1995).
Neste trabalho, pelo fato da UPS operar como
iUPQC no modo standby, a operação tanto do conversor série como do paralelo também é feita de
maneira dual à convencional, como já implementada
em outras aplicações de UPS (Jeon et al., 1997;
Kamran et al., 1998; Silva et al., 2002; Silva et al.,
2005). Desse modo, a fim de controlar a corrente de
entrada e a tensão de saída da UPS é necessário obter
as suas respectivas referências senoidais.
Um filtro auto sintonizado (STF- Self-Tuning
Filter) apresentado em Song, 2000 e utilizado em
Ben habib et al., 2003 e Abdusalam et al., 2009, será
utilizado neste trabalho a fim de permitir a extração
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das referências senoidais da UPS. O STF permite a
extração da componente fundamental de tensão da
rede, minimizando os efeitos dos harmônicos de
tensão existentes e, consequentemente, contribuindo
para a melhoria da qualidade das referências senoidais da UPS. No entanto, em Ben habib et al., 2003 e
Abdusalam et al., 2009, a perturbação relacionada
com a variação da frequência da rede, para a obtenção das componentes fundamentais de tensão e corrente não são levadas em consideração.
Para contornar este problema, o STF vai ser usado em conjunto com um sistema PLL, o qual é baseado na teoria da potência ativa instantânea (p-PLL)
(Sasso et al., 2002; Rolim et al., 2006; Santos Filho
et al., 2008; Silva et al., 2008). A utilização do STF
em conjunto com o p-PLL (STF-pPLL), apresentado
no presente trabalho, torna possível a adaptação da
frequência de sintonia do STF quando uma variação
ocasional da frequência da rede ocorrer. Esta adaptação de frequência é conseguida porque a frequência
de referência do p-PLL irá definir a frequência de
sintonia do STF. Consequentemente, ambos as referências senoidais de tensão e corrente podem ser
obtidos por meio da informação do ângulo de fase
obtido a partir do STF-pPLL.
Ao contrário da amplitude da referência de tensão, que pode ser constante, a amplitude da referência de corrente é necessariamente variável e deve ser
controlada por uma malha adicional no barramento
CC da UPS. Este controle leva em consideração a
variação de potência ativa consumida pela carga, a
energia necessária para a carga do banco de baterias
e a diferença entre as amplitudes das tensões de entrada e saída da UPS. Sendo assim, considerando que
o fluxo de potência através da UPS é variável, podese fazer uso de uma estratégia que permita aumentar
da eficiência do conversor série, atuando na diminuição do nível de tensão sobre o transformador de
acoplamento série com a rede.
Este trabalho está organizado como segue: Na
seção 2 é descrita a topologia da UPS e suas características principais. Na seção 3 as estratégias de geração das referências de tensão e corrente da UPS são
apresentadas utilizando o STF-pPLL proposto. Também é discutido o controle de tensão do barramento
CC, o qual define a amplitude da referência senoidal
do conversor série, e apresentada a estratégia de
minimização da potência sintetizada pelo conversor
série. Na seção 4 os resultados das simulações numéricas da UPS são mostrados e, finalmente, na seção 5
são apresentadas as conclusões do trabalho.
2 Topologia da UPS
A topologia do sistema UPS line-interactive monofásico está mostrada na Figura 1. Esta utiliza dois conversores PWM monofásicos em ponte acoplados a
um barramento CC comum, que no caso é composto
por um banco de baterias.
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Anais do XIX Congresso Brasileiro de Automática, CBA 2012.
Quando a tensão da rede está normal, o conversor PWM série, que é controlado em corrente, impõe
na rede, por meio do transformador série, uma corrente senoidal ( is ) em fase com a tensão de alimentação ( v s ). Portanto, o conversor série deve comportar-se como uma fonte de corrente com alta impedância, o suficiente para isolar a rede das correntes harmônicas da carga. Já o conversor PWM paralelo, que
é controlado em tensão, impõe na carga uma tensão
senoidal ( v L ), a qual também está em fase com a
tensão de alimentação ( v s ). Desse modo, o conversor paralelo deve comportar-se como uma fonte de
tensão com impedância suficientemente baixa para
absorver as correntes harmônicas da carga.
vS
iS
vL
vc
LS
iL
iS
SW
Rede
Elétrica
icp
Banco de Baterias
L fs
G1
G2
G3
G4
ics
G5
Cdc
Conversor PWM Série
iLfp L
fp
Vdc
G7
Cargas
Críticas
G6
G8
No caso em questão, as grandezas de entrada são as
tensões em quadratura v e v , enquanto as grandezas de saída são as respectivas tensões em quadratura filtradas, ou seja, vf e vf . Sendo assim, a
frequência de corte do STF é a própria frequência da
rede representada por c . As funções de transferência do STF são representadas por (1) e (2), ou seja:
v f ( s ) 

K
 v ( s )  v f ( s )   c v f ( s )
 s
s 
(1)
v f ( s ) 

K
 v ( s )  v f ( s )   c v f ( s )


s
s
(2)
O parâmetro K mostrado na Figura 2 e nas equações (1) e (2) está diretamente relacionado com a
seletividade do filtro, ou seja, quanto menor o valor
de K mais seletivo será o filtro, como pode ser observado pelo diagrama de Bode da Figura 3, considerando a frequência de corte (fc) igual a 60 Hz e os
valores de K variando de 5 a 25.
C fp
Conversor PWM Paralelo
Figura 1. Topologia da UPS line-interactive monofásica.
A chave estática 'sw' protege a carga, proporcionando uma desconexão rápida entre a UPS e a fonte
de alimentação quando ocorrer uma interrupção ocasional da rede elétrica. Neste caso, a chave estática
'sw' é aberta e o conversor série inibido. Enquanto
isso, o conversor paralelo permanece funcionando
normalmente, sem qualquer tempo de transferência
que poderia influenciar na alimentação da carga, ou
seja, a UPS comporta-se com uma verdadeira UPS
on-line (Kamran et al., 1998).
Figura 2. STF sintonizado para uma frequência de corte
c .
3 Geração das grandezas de referência
As referências senoidais de tensão e corrente da UPS
são obtidas a partir da operação conjunta do STF
proposto em Song, 2000, e do p-PLL apresentado em
Silva et al., 2008. O STF é usado na extração da
componente fundamental da tensão da rede. Já o pPLL, além do sincronismo e detecção do ângulo de
fase, é responsável em adaptar a frequência de corte
do STF considerando uma eventual variação de frequência da rede.
3.1 Self-Tuning Filter - STF
O diagrama do STF representado na Figura 2 está
descrito detalhadamente em Ben habib et al., 2003 e
Abdusalam et al., 2009 onde foi empregado em filtros ativos trifásicos. Os sinais de entrada do algoritmo de filtragem do STF são compostos por dois
sinais em quadratura, podendo estes ser representados tanto por grandezas de tensão como de corrente.
ISBN: 978-85-8001-069-5
Figura 3. Diagrama de Bode do STF considerando diversos valores do parâmetro K (fc = 60 Hz).
3.2 Sistema p-PLL monofásico
O sistema p-PLL monofásico adotado neste trabalho
foi descrito detalhadamente em Silva et al., 2008 e
está representado na Figura 4.
Por se tratar de um sistema monofásico e o p-PLL
ser baseado no cálculo da potência ativa instantânea
trifásica, deve-se criar um sistema trifásico fictício
representado por grandezas bifásicas no sistema de
eixos estacionário bifásico (αβ). Sendo assim, a tensão de entrada vs do sistema p-PLL é assumida ser a
própria tensão direta no eixo estacionário α, ou seja,
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Anais do XIX Congresso Brasileiro de Automática, CBA 2012.
v s = v . Já a tensão do eixo em quadratura β é obtida
através da introdução de um atraso de fase de π/2 rad
na tensão medida vs , obtendo-se assim uma tensão
fictícia de quadratura v  .
O modo de operação do p-PLL consiste no cancelamento da componente CC da potência ativa instantânea fictícia p ' (Figura 4). Assim, quando isto acontecer o sinal de saída do p-PLL estará atracado em
frequência e fase com o sinal de tensão da rede elétrica. Portanto, a dinâmica do sistema PLL irá definir
uma frequência na saída do controlador proporcionalintegral (PI) como sendo idêntica à frequência angular da rede (ω*=2πf), onde f é a frequência nominal
da rede. O ângulo θ*= ω*t é obtido pela integração
da referência de frequência angular ω*. Assim, o
ângulo θ* é usado para calcular as correntes de realimentação fictícias i e i  . Para cancelar o componente CC de p ' , as correntes fictícias i e i  devem
ser ortogonais às respectivas tensões v e v  . Para
melhorar o desempenho inicial dinâmico do p-PLL a
frequência angular  ff (feed-forward) é empregada.
Figura 4. Estrutura do p-PLL monofásico.
Figura 5. Esquema do STF-pPLL monofásico.
vL  VLp cos  *
(3)
Normalmente, a amplitude VLp é fixa. No entanto, devido ao fato da diferença entre as tensões de
entrada e saída da UPS interferir no fluxo de potência
através da mesma, e, consequentemente, influenciar
diretamente na taxa de potência sintetizada pelo conversor PWM série, é conveniente a adoção de uma
estratégia, cujo intuito é alterar a amplitude da tensão
de saída seguindo a variação da amplitude da tensão
de entrada numa mesma proporção. Obviamente, a
faixa de variação da tensão de saída deve ser limitada
a fim de satisfazer aos requisitos da carga. Este procedimento visa contribuir para aumentar a eficiência
total do sistema UPS, haja visto que quanto maior a
diferença de tensão nos terminais do transformador
de acoplamento, maior a taxa de potência em VA
sintetizada pelo conversor série (Silva et al., 2002).
O esquema de detecção da amplitude do sinal de
entrada bem como o seu controle dentro de uma faixa
preestabelecida pelo projetista ( VLpMAX e VLpMIN )
está mostrado na Figura 6.
3.3 Sistema STF-pPLL Monofásico
O p-PLL apresentado na seção 3.2 é influenciado por
distúrbios da rede como, por exemplo, harmônicos de
tensão, o que interfere na qualidade do sinal de saída
θ* do PLL e, consequentemente, na qualidade das
referências de tensão e corrente usadas na UPS. Sendo assim, é necessário filtrar os sinais de entrada do
p-PLL por intermédio do STF. Portanto, as grandezas
de saída do STF filtradas ( vf e vf ) são usadas
como entradas do p-PLL como mostrado na Figura 5.
Além disso, a frequência angular de referência ω* do
p-PLL deve realimentar o STF no intuito de adaptar a
sua frequência de sintonia evitando que uma variação
na frequência angular da rede gere erros de ângulo de
fase no p-PLL.
3.4 Geração da Referência de Tensão da UPS
A referência de tensão do conversor paralelo ( v L ) é
obtida diretamente a partir do STF-pPLL como representado por (3), onde VLp é a amplitude da requerida tensão de saída e θ* é o ângulo do p-PLL.
ISBN: 978-85-8001-069-5
Figura 6. Diagrama de blocos do controle do conversor paralelo.
A Figura 6 também apresenta a representação do
sistema físico do conversor paralelo, juntamente com
o controlador PI (laço externo) responsável pelo
controle da tensão de saída e o controlador P (laço
interno) responsável pelo controle da corrente do
indutor de filtragem paralelo ( L fp ).
3.5 Geração da Referência de Corrente da UPS

A referência de corrente do conversor série ( ics
)
também é obtida a partir do sistema STF-pPLL, como representado por (4), onde I sp é a amplitude da
corrente de compensação gerada pelo controlador do
barramento CC e θ* é o ângulo do p-PLL. A amplitude I sp deve ser controlada de forma a equilibrar o
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Anais do XIX Congresso Brasileiro de Automática, CBA 2012.
fluxo de potência através da UPS. Isto é conseguido
pela introdução de um controlador PI responsável por
manter a tensão do barramento CC constante, como
mostrado na Figura 7. A Figura 7 também mostra a
representação do sistema físico do conversor série
juntamente com o controlador PI responsável pelo

controle da corrente ics
do indutor de filtragem série
( L fs ).

ics
 is  I sp cos  *
(4)
Percebe-se claramente que a geração de referências da UPS dispensa a utilização de métodos mais
complexos de extração referências de tensão e corrente, como, por exemplo, aqueles baseados na Teoria p-q ou no sistema de eixos de referência síncrona.
Figura 7. Diagrama de blocos do controle do conversor série e do
barramento CC da UPS.
4 Resultados de Simulação
Para verificar o comportamento da UPS, bem como das estratégias de controle e geração de referências apresentadas, realizou-se simulações numéricas
utilizando a ferramenta PSIM Versão 9.0®, em que
os conversores PWM operam com frequência de
chaveamento de 20 kHz. As simulações foram realizadas considerando um sistema monofásico conectado a uma carga não linear composta por um retificador em ponte completa alimentando uma carga R-L.
A tensão eficaz da rede é igual 127 V e os valores da
carga R-L são: R = 7,25 Ω e L = 20 mH. A Tabela 1
resume os parâmetros usados nas simulações. Os
ganhos Proporcional (P) e Integral (I) dos controladores das tensões de saída e do barramento CC e da
corrente de entrada são mostrados na Tabela 2. Os
ganhos do p-PLL são os mesmos adotados em Silva
et al., 2008. O parâmetro K do STF é igual a 20.
As grandezas de tensão e corrente da UPS operando nos modos standby (rede presente) e backup
(rede ausente) estão mostradas, respectivamente, nas
Figuras 8 e 9. Na Figura 8 (a), (b) e (c) são mostradas, respectivamente, as tensões de entrada, sobre o
transformador série e de saída da UPS. Na Figura 9
(a), (b) e (c) são apresentadas as correntes de carga,
do conversor paralelo e de entrada, respectivamente.
As formas de onda de tensão da UPS operando
de forma similar ao iUPQC, realizando a compensação de tensões harmônicas da rede, e de distúrbios de
tensão como sags e sweels estão mostradas nas Figuras 10 e 11. Na Figura 10 (a), de zero até 104,16ms a
tensão de alimentação da rede elétrica está operando
normalmente. Depois disso, a partir de 104,16ms até
ISBN: 978-85-8001-069-5
187,5ms o sistema opera com o distúrbio de tensão
sag. O distúrbio de tensão swell ocorre entre 295,83 e
404,16ms. A Figura 10 (b) mostra a tensão de saída
senoidal, regulada e livre de harmônicos, enquanto a
Figura 10 (c) mostra os respectivos valores eficazes
das tensões de entrada e saída da UPS, onde a tensão
de saída é sempre fixa independente das variações da
tensão de entrada (estratégia 1). Na Figura 11 (a) a
tensão de entrada varia numa faixa superior a ±5%.
No entanto, na Figura 11 (b) observa-se que é permitida uma faixa de variação de até ±5% da tensão de
saída, seguindo a tensão da entrada na mesma proporção, com o intuito de diminuir a tensão sobre o
transformador de acoplamento série e consequentemente aumentar a eficiência da UPS (estratégia 2). A
Figura 11 (c) mostra os respectivos valores eficazes
das tensões de entrada e saída da UPS. Pela Figura
12 é possível observar a potência instantânea ativa
que flui através do conversor série considerando as
duas estratégias adotadas. Como pode ser observado,
o nível de potência que flui através do conversor de
série na Figura 12 (a) (estratégia 1) é maior do que o
mostrado na Figura 12 (b) (estratégia 2) durante os
distúrbios de tensão. Assim, conclui-se que a estratégia 2 contribui para aumentar a eficiência da UPS.
As grandezas relacionadas à estrutura STF-pPLL
estão mostradas na Figura 13. A tensão distorcida de
entrada vs da UPS (eixo α do STF-pPLL) está mostrada na Figura 13 (a). Já a tensão de saída filtrada no
eixo α ( vf ) é mostrada na Figura 13 (b). O ângulo
de fase do p-PLL (  pPLL ) e o sinal usado na geração
das referências senoidais de tensão/corrente
( sin  pPLL ) estão mostrados na Figura 13 (c) e (d),
respectivamente. A TDH de vs , vf , e sin  pPLL
são, respectivamente, 17,73%, 0,37% e 0,2 %. As
Figuras 14 (a) e (b) mostram as tensões de entrada e
saída da UPS, respectivamente, para um transitório
de carga em 100ms. As correntes de entrada e saída
da UPS são mostradas na Figura 14 (c). Nota-se que
o controlador do barramento CC ajusta a amplitude
referência da corrente de entrada.
Tabela 1 – Parâmetros de simulação
Conversores
PWM
Tensão
CC
Vdc (V)
Filtros
indutivos
(mH)
Filtro Capacitivo
C (μF)
L fs = 2
Séries
300
Paralelo
L fp = 0,35
C fp =200
Tabela 2 – Parâmetros dos Controladores de Tensão e Corrente da
UPS.
Ganhos dos
controladores
de tensão
Laço
Externo
P
I
4,18
1898
Laço
Interno
P
10
Ganhos do
controlador
de corrente
Ganho do
controlador
do barramento CC
P
I
P
I
39,8
99,6
0,69
5
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Anais do XIX Congresso Brasileiro de Automática, CBA 2012.
5 Conclusão
Figura 8. Tensões da UPS: (a) Tensão de entrada ( vs ); (b) Tensão de compensação série ( vc ); (c) Tensão de saída ( v L ).
Figura 9. Correntes da UPS: (a) Corrente da carga ( i L ); (b)
Corrente de compensação paralela ( icp );(c) Corrente da rede ( is )
Este artigo apresentou a implementação de um sistema UPS line-interactive monofásico, permitindo o
condicionamento da tensão de saída por meio da
supressão de harmônicos e distúrbios com sags e
sweels. Além disso, a corrente de entrada da UPS
compensada permitiu a supressão de harmônicos de
corrente da carga e compensação de potência reativa
da carga elevando o fator de potência.
Foi apresentada uma estratégia para a geração de
referências de corrente e tensão da UPS propiciando
um controle simplificado, minimizando o esforço
computacional envolvido. Além disso, foi implementada uma estratégia que visa o aumento da eficiência
da UPS, a qual leva em consideração a variação da
tensão eficaz de saída da UPS dentro de limites preestabelecidos pelo projetista, os quais não deverão
influenciar no adequado funcionamento da carga.
A operação da UPS considerando as referências
de tensão e corrente senoidais, possibilita ao controle
PWM mais facilidade em sintetizar com precisão as
referências. As referências senoidais representam
vantagem quando comparadas com as referências não
senoidais comumente utilizadas nas compensações de
potência. Além disso, o conversor paralelo funciona
continuamente como fonte de tensão senoidal, tanto
no modo de operação standby como backup, implicando em tempo de transferência nulo, tanto na saída
como no retorno da rede.
Resultados de simulação foram apresentados a
fim de avaliar o desempenho da UPS e validar o
desenvolvimento teórico.
Figura 10. Tensões da UPS (estratégia 1): (a) Tensão de entrada
( vs ); (b) Tensão de saída ( v L ); (c) Tensões rms de saída
( VLrms ) e de entrada ( Vsrms ).
Figura 13. STF-pPLL: (a) Tensão de entrada ( vs = v ); (b)
Tensão de saída ( v f ); (c) ângulo de fase do p-PLL (  pPLL );
Figura 11. Tensões da UPS (estratégia 2): (a) Tensão de entrada
( vs ); (b) Tensão de saída ( v L ); (c) Tensões rms de saída
(d) Referência de tensão/corrente do STF-pPLL ( sin  pPLL ).
( VLrms ) e de entrada ( Vsrms ).
Figura 14. Tensões e correntes da UPS no transiente de carga:
(a) Tensão de entrada ( vs ); (b) Tensão de saída ( v L ); (c) CorFigura 12. Potências ativas istantâneas através do conversor série:
(a) Estratégia 1; (b) Estratégia 2.
ISBN: 978-85-8001-069-5
rente da carga ( i L ) e corrente da rede compensada ( i s ).
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Anais do XIX Congresso Brasileiro de Automática, CBA 2012.
Agradecimentos
Os autores agradecem o apoio financeiro recebido do
CNPq, através do processo 471825/2009-3.
Referências
Monteiro, M. I. M., Cadaval, E. R. and González, F. B.
(2007). Comparison of Control Strategies for Shunt
Active Power Filters in Three-Phase Four-Wire
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