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Implementação de um filtro activo de potência para optimização da interface entre a rede e outros sistemas eléctricos : estudo e desenvolvimento de filtros activos de potência do tipo série com sistema de controlo implementado em computador pessoal

机译：实现有源电力滤波器以优化网络与其他电气系统之间的接口：使用在个人计算机中实现的控制系统研究和开发串联有源电力滤波器

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摘要

O uso intensivo de conversores electrónicos de potência e de outras cargas nãolineares, tais como equipamentos electrónicos e iluminação com lâmpadas de descargaem meio gasoso, tanto na indústria como nos outros consumidores em geral, éresponsável por um aumento na deterioração das formas de onda de corrente e tensãonos sistemas eléctricos.A presença de harmónicos nas linhas eléctricas causa não só maiores perdas nosistema de distribuição de energia, como também problemas de interferências nossistemas de comunicações, operação indevida de sistemas de protecção, e por vezes,deficiências no funcionamento de equipamentos electrónicos, que são cada vez maissensíveis, pois incluem sistemas de controlo baseados em microelectrónica, que operamcom níveis de energia muito baixos. Os efeitos a longo prazo são basicamente,sobreaquecimento e envelhecimento prematuro dos dispositivos eléctricos e a fadigamecânica das máquinas eléctricas.Os filtros passivos podem ser utilizados para compensar diversos problemas dequalidade de energia, mas apenas resolvem os problemas para as frequências que sãosintonizados. Além disso, a sua operação não pode ser limitada a uma determinada zonada rede eléctrica e os fenómenos de ressonância não podem ser totalmente prevenidos.Os filtros activos são dispositivos electrónicos de potência que não apresentamas desvantagens dos filtros passivos, podendo compensar alguns dos problemasrelacionados com a tensão e a corrente, nomeadamente: falhas de curta duração,distorção da corrente ou tensão causada por harmónicos, desequilíbrio de correntes outensões em sistemas trifásicos, flutuação (subharmónicos), sobretensões e subtensõesmomentâneas, e podem também fazer a correcção do factor de potência. Existemfundamentalmente dois tipos de filtros activos: o filtro activo paralelo, para filtragemdas correntes nas linhas; e o filtro activo série, para filtragem das tensões dealimentação.Os algoritmos de controlo baseados na teoria p-q podem ser utilizados de formasimples e eficaz no controlo de filtros activos. Os cálculos são feitos no domínio dostempos, com valores instantâneos de tensões e correntes, e são relativamente simples.No caso da compensação de tensão com um filtro activo série, é tambémpossível utilizar em alternativa, algoritmos baseados no controlo clássico (por exemplo,controlo proporcional + integral), pois os sinais de referência são conhecidos.O objectivo principal desta tese consistiu no estudo, simulação,desenvolvimento, e teste de um filtro activo série com sistema de controloimplementado num computador pessoal (PC) munido de uma placa de aquisição dedados genérica para o barramento PCI. Esta opção justifica-se devido ao baixo custo,elevada capacidade de processamento, versatilidade e pelas inúmeras possibilidadesoferecidas por um sistema de controlo baseado em computador pessoal.O controlo do filtro activo série é um tipo de aplicação que requer umcontrolador rápido, que não perca amostras, e no qual os intervalos de tempo de respostamáximos permitidos sejam garantidos. Estas características implicam a necessidade deum sistema de controlo em tempo real (hard real time, na literatura inglesa).A implementação do circuito de controlo baseada em PC apresenta algumasdificuldades. Os maiores problemas estão relacionados com os sistemas operativosmultitarefa vulgares, podendo ser resolvidos apenas por programadores de nível muitoavançado. Outro problema é o lento sistema de entrada/saída de dados. Estas placas sãoligadas ao barramento PCI, logo não tiram partido de toda a velocidade do processador,sendo normalmente concebidas para monitorização e controlo de processos. Dessemodo, são muito limitadas no tocante ao controlo em tempo real, e além disso, osfabricantes ainda não disponibilizam soluções de baixo custo para execução desse tipode controlo implementado em PC.Habitualmente é necessário fazer a sincronização dos filtros activos de potênciacom os sinais distorcidos presentes na rede eléctrica. Os circuitos mais simples, como odetector de passagem por zero podem falhar com facilidade, sendo necessário recorrer acircuitos mais robustos. Discutem-se aqui duas soluções possíveis: o circuito PhaseLocked Loop e o Filtro Vectorial Adaptativo.Nesta tese apresentam-se também resultados de simulações e experimentais doscontroladores desenvolvidos, e dos filtros activos de potência. Além disso é feita umacomparação com uma implementação baseada em microcontrolador.
机译：无论是工业上还是一般其他消费者中，电子功率转换器和其他非线性负载（例如电子设备和气体介质中带有放电灯的照明设备）的大量使用，无论是在工业上还是在其他消费者中，都导致电流和波形恶化的加剧。电气线路中的谐波不仅会导致能量分配系统中更大的损失，还会导致通信系统受到干扰，保护系统操作不当以及有时电子设备的操作存在缺陷等问题。它们越来越敏感，因为它们包括以非常低的能量水平运行的基于微电子的控制系统。长期影响基本上是电气设备的过热和过早老化以及机械设备的疲劳，无源滤波器可用于补偿各种能量质量问题，但它们只能解决调谐频率的问题。另外，它的操作不能局限于特定的区域电网，也不能完全防止共振现象，有源滤波器是一种电子功率器件，不具有无源滤波器的缺点，并且可以弥补与有源滤波器相关的一些问题。电压和电流，即：短期故障，由谐波引起的电流失真或电压，电流不平衡，三相系统中的电压，波动（次谐波），过电压和欠电压，并且还可以校正功率因数。有源滤波器基本上有两种类型：并行有源滤波器，用于过滤线路中的电流；以及有源滤波器。有源滤波器系列用于滤波电源电压，基于p-q理论的控制算法可以简单有效地用于控制有源滤波器。计算是在时域内进行的，具有电压和电流的瞬时值，并且相对简单。在使用有源滤波器系列进行电压补偿的情况下，也可以使用基于经典控制的算法（例如比例控制）进行替代+积分），因为参考信号是已知的。本论文的主要目的是研究，仿真，开发和测试带有控制系统的串联有源滤波器，该系统在装有通用数据采集板的个人计算机（PC）中实现用于PCI总线。由于低成本，高处理能力，多功能性以及基于个人计算机的控制系统提供了无数种可能性，因此该选项是合理的。有源滤波器控制系列是需要快速控制器且不会丢失样品的一种应用。 ，并且可以保证最大允许的响应时间。这些特性意味着需要实时的控制系统（英语文献中为硬实时），基于PC的控制电路的实现存在一些困难。最大的问题与常见的多任务操作系统有关，只有高度高级的程序员才能解决。另一个问题是数据输入/退出系统速度慢。这些卡已连接到PCI总线，因此它们没有利用处理器的全速运行，通常设计用于监视和控制过程。因此，它们在实时控制方面非常有限，此外，制造商还没有提供用于在PC中实施这种控制的低成本解决方案，通常需要将有源功率滤波器与存在于控制器中的失真信号同步。电网。诸如零通检测器之类的较简单的电路很容易发生故障，需要更坚固的电路。本文讨论了两种可能的解决方案：锁相环电路和自适应矢量滤波器，本文还介绍了开发的控制器和有源功率滤波器的仿真和实验结果。此外，还与基于微控制器的实现进行了比较。

著录项

  • 作者

    Sepúlveda João;

  • 作者单位
  • 年度 2004
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