Desenvolvimento de um filtro ativo de potência paralelo monofásico com conversor de 5 níveis

Dissertação de mestrado em Engenharia Eletrónica e de ComputadoresO aproveitamento da energia elétrica e, consequentemente, a rentabilidade do consumo da mesma têm sido alvo de estudo nos últimos anos. Tal preocupação deve-se à abundância de equipamentos eletrónicos no mercado, cuja ligação é a principal causa da introdução de conteúdo harmónico na rede elétrica, provocando a distorção das formas de onda da tensão e outros problemas associados. Atualmente, existem várias soluções que contribuem para atenuar estes fenómenos, de forma a proporcionar uma boa qualidade de energia elétrica (QEE) aos consumidores e aos fornecedores. Deste modo, pretendeu-se com este trabalho de dissertação desenvolver um filtro ativo de potência paralelo (FAP) monofásico, capaz de compensar os harmónicos de corrente e corrigir o fator de potência de uma instalação elétrica monofásica, utilizando um conversor de 5 níveis. Para tal, teve-se em consideração o conversor de potência com uma topologia multinível adequada e o sistema de controlo necessário à operação como FAP, os quais foram validados com diferentes tipos de cargas. Além disso, a utilização de uma topologia multinível teve como intuito aumentar a eficiência e o desempenho do FAP na melhoria da QEE, tendo em conta as inúmeras vantagens destas topologias. Quanto ao funcionamento do sistema de controlo, foi necessário determinar corretamente a corrente de compensação adequada em cada instante, bem como controlar a comutação dos semicondutores de potência para a sintetização dessa corrente e efetuar a regulação equilibrada das tensões nos condensadores do barramento CC. Estas etapas, que englobam o foco do tema da dissertação proposta, envolveram o estudo teórico e um levantamento bibliográfico para execução de testes de simulação, sendo o trabalho completado com a validação experimental do desempenho do FAP implementado.The proper use of electrical energy and, consequently, the rentability of the consumption of the same have been a subject of study in recent years. Such concern is due to the abundance of electronic equipment in the market, whose connection to the power grid is the main cause of introduction of harmonic content in the grid that causes distortion in the voltage waveforms and other associated problems. Currently, there are several solutions that contribute to mitigate these phenomena, in order to provide a good electrical power quality (EPQ) to the consumers and suppliers. Thereby in this master thesis it was intended to develop a single-phase shunt active power filter (SAPF) capable of compensating the current harmonics and correcting the power factor of a single-phase electrical installation, using a 5-level converter. To achieve this, a power converter with a suitable multilevel topology and the control system to operate as a SAPF were considered and validated with different loads. Furthermore, the use of a multilevel topology was intended to increase the efficiency of the SAPF in the optimization of the EPQ, considering the numerous advantages of these topologies. Regarding the control system operation, it was necessary to correctly calculate the compensation current in each sampling instant, as well as to control the switching of the power semiconductors for the synthesis of that current and to perform a balanced regulation of the voltages in the DC bus capacitors. These steps, which incorporate the focus of the proposed master thesis theme, involved a theoretical bibliographic study for the execution of the simulation tests and, finally, concluding with the validation of the single-phase SAPF performance at the experimental level