Desenvolvimento de um filtro ativo de potência paralelo monofásico baseado num conversor fonte de corrente com barramento CC reduzido

Abstract

Atualmente, grande parte dos equipamentos eletrónicos utilizados comportam-se como cargas não-lineares. Contudo, este tipo de cargas consomem correntes não sinusoidais, contaminando a rede elétrica com harmónicas de corrente. A presença das harmónicas na rede elétrica resulta num aumento das perdas relacionadas com o transporte e distribuição de energia elétrica, bem como numa degradação do funcionamento da maior parte dos equipamentos ligados à rede elétrica, principalmente os mais sensíveis. Estes problemas da Qualidade de Energia Elétrica (QEE) resultam em prejuízos económicos elevados, e por este motivo, o desenvolvimento de equipamentos que os possam mitigar é um assunto de extrema importância. No âmbito da investigação que tem vindo a ser realizada pelo Grupo de Eletrónica de Potência e Energia da Universidade do Minho (GEPE-UM) na área da Qualidade de Energia Elétrica, tem sido desenvolvido Filtros Ativos de Potência Paralelos. Assim, esta dissertação visa a conceção e desenvolvimento de um Filtro Ativo de Potência Paralelo Monofásico baseado num conversor fonte de corrente com barramento CC reduzido. Este equipamento é capaz de corrigir o fator de potência e compensar as harmónicas de corrente, originadas por cargas não-lineares. Os conversores fonte de corrente apresentam como principais vantagens a proteção intrínseca contra curto-circuitos e o facto da bobina utilizada no barramento CC ter um tempo de vida superior comparativamente aos elementos armazenadores utilizados nos conversores fonte de tensão, que são geralmente condensadores eletrolíticos. Contudo, a utilização de uma bobina no barramento CC não traz só vantagens, uma vez que para este tipo de filtros ativos é necessária uma bobina com valor de indutância muito elevado. Isto traduz-se num componente com volume, peso e um custo elevado. Pretende-se assim mitigar este problema adotando uma topologia de filtro ativo de potência paralelo com conversor fonte de corrente, com um barramento CC modificado que permita a redução do valor de indutância da bobina o que pode resultar numa minimização de custos, perdas e ainda tornar o filtro ativo de potência o mais compacto possível.

Currently, most of the used electronic equipments behave as non-linear loads. However, this type of loads consume non-sinusoidal currents, contaminating the power grid with current harmonics. The presence of harmonics in the power grid results in an increase in losses related to the transportation and distribution of electric energy, as well as in a degradation in the operation of most of the equipment connected to the power grid, especially the most sensitive ones. These Power Quality (PQ) problems result in high economic losses and, for this reason, the development of equipment that can mitigate them is a matter of extreme importance. As part of the research carried out by the Group of Energy and Power Electronics of the University of Minho (GEPE-UM) in the area of Electric PQ, shunt active power filters have been developed. Thus, this dissertation aims at the design and development of a single phase shunt active power filter based on a current source converter with reduced DC bus. This equipment can compensate the power factor and the current harmonics, caused by non-linear loads. Current source converters have the main advantages of intrinsic protection against short circuits and the fact that the inductor used in the DC bus has a longer life compared to the voltage source converters, whose storage elements used are usually electrolytic capacitors. However, the use of an inductor in the DC bus does not present only advantages, since an inductor with a very high inductance value is required for this type of active power filters. This translates into a component with a high volume, weight and cost. In this dissertation, it is intended to mitigate this problem by adopting a current source converter shunt active power filter topology, with a modified DC bus that allows the reduction of the inductance value, resulting in cost and losses minimization, and still make the active power filter as compact as possible.