Application of active impedance devices in microgrids improving harmonic routing and managing distortions

Abstract

Este trabalho tem o intuito de contribuir com uma nova opção para uma tecnologia já conhecida, a qual pode ser largamente utilizada em diversas aplicações, mas foi principalmente pensada e detalhada aqui no que tange o assunto de microrredes. Esta tecnologia é a Impedância Ativa, a qual, basicamente, se trata de um filtro ativo série. A cada dia, novas conexões são inseridas à rede elétrica e mais geração distribuída está disponível ao nosso redor. Certamente, novos desafios surgem de avanços como estes. Desta forma, cada vez mais distorções harmônicas são inseridas no sistema e a Qualidade da Energia Elétrica decai, devido a tais harmônicos e ressonâncias encontradas nos sistemas de baixa tensão. Assim, o uso de tecnologias como a proposta aqui procura solucionar os principais problemas e desafios encontrados em microrredes e geração distribuída, sendo o de maior destaque o tratamento harmônico. Esta tecnologia da impedância ativa é modelada a partir de um conversor estático de potência e tem o objetivo de emular indutâncias em frequências específicas. Ao fazer isto, é possível definir os caminhos pelos quais almejamos que determinados harmônicos percorram no sistema. Usou-se uma microrrede de exemplo, na qual o principal foco neste trabalho foi fazer o roteamento harmônico das distorções presentes nesse sistema. A microrrede, trifásica a quatro fios centralizada e em corrente alternada, operava conectada à rede elétrica. Ela consistia de uma carga linear, uma não linear, um filtro passivo e uma geração distribuída. As cargas totalizam 56 kVA. No cenário aqui estudado, dividiu-se a simulação em três casos: o primeiro sendo o funcionamento do sistema desconsiderando a geração distribuída e a impedância ativa. No segundo caso, insere-se a geração distribuída. Por último, insere-se a impedância ativa com potência igual a 1.27 kVA visando impedir os harmônicos de fluírem em direção à rede elétrica e intensificando a presença desses no filtro passivo. Foram obtidos resultados quanto ao THD e, principalmente, o TDD, fazendo-se uma comparação entre eles e entendendo porque este é mais interessante, uma vez que sua definição e cálculo são imunes às variações de carga. Foi verificada uma queda considerável nas distorções harmônicas da rede elétrica, sendo ainda menores do que no caso inicial. Outro ponto de destaque foi o da potência da impedância ativa ser consideravelmente inferior a potência das cargas, correspondendo a 2.26%. Tal resultado satisfatório e a capacidade modular de se utilizar esta tecnologia de impedâncias ativas permite sua aplicação em diversos tópicos de maneira promissora e com muito ainda a ser explorado.