Transformador eletrônico de potência com técnica PLL adaptativa para suportar perturbações de tensão

      Este artigo propõe uma nova PET para rede de distribuição chamada unidade de distribuição de energia flexível, e revela o mecanismo de troca de energia entre a rede e a carga. Um protótipo isolado de média frequência de 30 kW 600 VAC/220 VAC/110 VDC é desenvolvido e demonstrado. O artigo também apresenta estratégias de controle-chave da PET para aplicações em redes de distribuição elétrica, especialmente sob condições de perturbação de tensão da rede. Além disso, são discutidos e verificados, com base em análise de impedância, problemas de estabilidade relacionados à PET trifásica conectada à rede. O protótipo da PET é testado e passa na função de atravessar perturbações de tensão. 

1.Introdução.

     Um transformador de distribuição é o equipamento mais importante e comum em uma rede de distribuição de energia, responsável pela transformação de tensão e isolamento de tensão. Um transformador de distribuição tradicional é muito confiável; no entanto, é volumoso e desajeitado. As harmônicas entre os lados primário e secundário não podem ser isoladas, e equipamentos adicionais são necessários para monitorar e proteger contra possíveis falhas. Atualmente, essas desvantagens são preocupações reais na academia e na indústria. Portanto, transformadores baseados em eletrônica de potência, chamados de transformadores eletrônicos de potência, transformadores universais inteligentes, transformadores de estado sólido, transformadores inteligentes, roteadores de energia e outros, gradualmente se tornaram um tema emergente nos últimos 10 anos, especialmente para aplicações em aeroespacial, tração ferroviária, rede inteligente e Internet de Energia. Seu uso inicial pode ser em aplicações especiais onde o custo e a eficiência são secundários ao tamanho e peso.

2.Estrutura e Especificações da PET.

    Adota-se um método de controle em malha aberta de frequência de comutação fixa para o conversor DC/DC isolado de média frequência com múltiplas bobinas. É referido como transformador DC e fornece uma tensão de saída não regulada. Ao reduzir os requisitos de regulação e estreitar as faixas de tensão de entrada, o transformador DC pode alcançar uma eficiência e uma potência de saída maiores do que o transformador regulado padrão, mesmo se o filtro de corrente for eliminado.Os inversores trifásicos são compostos por três inversores H4 monofásicos modulares idênticos, que têm excelente capacidade de correção de carga desequilibrada interna, ou métodos de controle adicionais devem ser adicionados ao inversor trifásico. A tensão de saída AC é regulada com controladores de dupla malha, onde a malha externa é configurada para regular o valor RMS da tensão, enquanto a malha interna regula o valor instantâneo da tensão. Além disso, uma estratégia de controle SPWM bipolar ajuda a suportar a potência reativa.

3.Estratégias-Chave para a PET para Atravessar Perturbações de Tensão.

     Para uma PET operada com perturbação de tensão da rede, a observabilidade e a controlabilidade são essenciais. A detecção precisa e rápida da frequência e do ângulo de fase da tensão da rede é essencial para garantir a geração correta de sinais de referência e lidar com os códigos de utilidade, especialmente para aqueles operados sob distorções comuns de utilidade, como harmônicas, afundamentos de tensão, variações de frequência e saltos de fase[21]. A mudança dinâmica da tensão da rede deve ser considerada para preocupações de controle rápido. Portanto, duas estratégias-chave para a PET foram investigadas e apresentadas separadamente nesta seção, incluindo os métodos de design de PLL (loop de fase fechado), princípios de controle e modelo de sinal pequeno do retificador PWM trifásico. Os problemas de estabilidade relacionados à PET trifásica conectada à rede também são discutidos.

4.Conclusão.

        Este artigo propõe uma nova PET para rede de distribuição chamada unidade de distribuição de energia flexível. A isolação DC/DC para os inversores trifásicos é implementada através de um transformador multifuncional compacto, o que reduz a complexidade do sistema. Focando nos problemas de código de rede da PET, como a travessia de perturbações de tensão e ressonância harmônica, que não foram encontrados anteriormente, este manuscrito apresenta em detalhes os métodos de design de PLL (loop de fase fechado) sob condições de rede distorcida, os princípios de controle, o modelo de sinal pequeno e a admitância de entrada do retificador PWM trifásico. Isso ajuda a entender a ressonância harmônica em sistemas de energia baseados em eletrônica de potência usando uma PET.

Fonte: IEEE Xplore

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