Melhorias no condicionador universal de qualidade de energia com estratégia de controle invertida

FACEPEO desenvolvimento crescente da eletrônica de potência tem provocado a penetração de cargas não lineares no sistema elétrico em quantidades cada vez maiores. Isso tem ocasionado a degradação progressiva da qualidade da energia dos sistemas elétricos. Por outro lado, todo esse avanço possibilitou o crescimento massivo das fontes de geração distribuída, proporcionando a ampliação da energia renovável na matriz energética. Tendo em vista os distúrbios na qualidade de energia elétrica, diversos condicionadores de energia foram desenvolvidos ao longo das últimas décadas. Recentemente, o condicionador universal de qualidade de energia (UPQC) tem recebido reconhecido destaque, tendo em vista a sua capacidade de lidar com distúrbios de tensão e corrente simultaneamente. Assim, esse condicionador apresenta-se como uma das soluções mais completas para a compensação dos mais diversos distúrbios e perturbações aos quais estão sujeitos os sistemas elétricos. Apesar disso, existem alguns problemas inerentes ao funcionamento do UPQC, os quais vêm sendo amplamente estudados pela comunidade científica. No seu funcionamento convencional, o conversor paralelo fornece toda a potência reativa demandada pela carga, enquanto o conversor série processa energia apenas quando há a ocorrência de distúrbios de frequência fundamental na tensão da rede elétrica. Tendo em vista essa característica, algumas soluções para estender o fornecimento da demanda de reativos da carga ao conversor série foram desenvolvidas, proporcionando o compartilhamento dessa tarefa com o conversor paralelo. Essas soluções possibilitam o compartilhamento da potência reativa tanto em situações de rede sadia, quanto em ocasiões de flutuações na sua tensão, e até mesmo quando da aplicação do UPQC para interface de sistemas de geração fotovoltaica à rede elétrica. Contudo, todas as técnicas propostas até o presente momento apresentam erro de regime permanente na imposição da distribuição desejada de potências reativas. O presente trabalho visa apresentar uma solução para o compartilhamento da potência reativa demandada pela carga entre os conversores do UPQC, com erro nulo de regime permanente. Para isso, é utilizado um UPQC com controle dual (iUPQC). A solução proposta estende os conceitos apresentados em propostas anteriores, utilizando um controle em malha fechada da potência reativa processada pelo conversor série. A técnica desenvolvida é comparada com as soluções anteriores e sua eficácia é comprovada através de simulações computacionais e validação experimental.The growing development of the power electronics has led to the increasing penetration of nonlinear loads into the electrical systems. This has led to the progressive degradation of the power quality. On the other hand, this progress made possible the massive incidence of the distributed generated sources, providing the expansion of the renewable energy resources in the energy matrix. Facing the power quality related problems, some active power conditioners were developed in last decades. Recently, the universal power quality conditioner (UPQC) has received considerable attention, due to its capacity to compensate voltage and current related issues simultaneously. Thus, this conditioner has been seen as one of the most complete solutions to the power quality related problems. Despite this, there are some inherent problems in the operation of the UPQC, which have been widely studied by the scientific community. In its normal operation, the entire load reactive power demand is provided by the shunt converter, while the series converter processes an amount of power only when a fundamental frequency disturbance occurs in the grid voltage. As consequence, a few solutions to extend the load reactive power demand supply to the series converter were developed. These solutions were proposed aiming to provide reactive power sharing in situations of normal steady state operation, during the occurrence of grid voltage fluctuations, and even when the UPQC is used as an interface converter for photovoltaic generation systems. However, all the techniques proposed until now present non-zero steady state error in the imposition of the desired reactive power distribution. This research aims to present a solution to the reactive power demand sharing, between the converters of the UPQC, with zero steady state error. For this, a UPQC with its inverted control strategy (iUPQC) is implemented. The proposed solution extends the concepts presented in previous studies, and provides a closed loop control of the reactive power processed by the series converter. The performance of developed technique is compared with the previous solutions, and its efficacy is verified through computational simulations and experimental validation