Centro Virtual de Pesquisas em Qualidade da Energia Elétricafdosreis/qee/download/Centro... ·...

Centro Virtual de Pesquisas Centro Virtual de Pesquisas em Qualidade da Energia Elétricaem Qualidade da Energia Elétrica

Base Ilha SolteiraBase Ilha Solteirahttp://www.http://www.deedee..feisfeis.unesp.br/.unesp.br/qualienergiqualienergi//

Grupo de Pesquisas em EletrônicaGrupo de Pesquisas em Eletrônicade Potência e Qualidade da Energiade Potência e Qualidade da Energia

O que é Qualidade da Energia Elétrica?O que é Qualidade da Energia Elétrica?

-- Qualidade do Produto? Qualidade do Produto?

-- Qualidade do Serviço?Qualidade do Serviço?

-- Qualidade do Atendimento?Qualidade do Atendimento?

Qualidade da Tensão (Qualidade da Tensão ( Voltage QualityVoltage Quality ))

Qualidade da Energia (Qualidade da Energia ( Power QualityPower Quality ))

Qualidade do Produto (Energia ElétricaQualidade do Produto (Energia Elétrica))

Qualquer problema manifestado através de Qualquer problema manifestado através de desvios na tensão, na corrente, ou na desvios na tensão, na corrente, ou na freqüência, que resulte em falha ou má freqüência, que resulte em falha ou má operação de equipamento do consumidoroperação de equipamento do consumidor..

(Electrical Power Systems (Electrical Power Systems QualityQuality; ; DuganDugan, R.C., R.C.,, McGranaghan, M.F., and Beaty, McGranaghan, M.F., and Beaty, H.W.H.W.; 1996; 1996))

Qualidade do Produto Qualidade do Produto -- Uma definiçãoUma definição

normalnormal

surtosurto

normalnormal normalnormalsagsag

normalnormal

interrupçâointerrupçâoswellswell

normalnormal normalnormalharmônicasharmônicas

normalnormal

Qualidade do Produto = Conformidade da TensãoQualidade do Produto = Conformidade da Tensão

Relatório do EPRI, de Jul/01, ressalta:

A eletricidade deve ter qualidade digital, ou seja deve apresentar conformidade (always perfect) e ter continuidade de fornecimento (always on).

Qualidade do ServiçoQualidade do Serviço

EPRI - Electric Power Research Institute

Uma definição mais abrangente...Uma definição mais abrangente...

A QEE deve ser a A QEE deve ser a perfeita combinaçãoperfeita combinação entre entre característicascaracterísticas quase ideais do produtoquase ideais do produto eletricidadeeletricidade((qualidade do produto / conformidadequalidade do produto / conformidade););

com um scom um sistema físico de fornecimento adequado istema físico de fornecimento adequado ((qualidade do serviço / continuidadequalidade do serviço / continuidade););

e agilidade operacional para satisfazer as expectativas e agilidade operacional para satisfazer as expectativas do cliente (do cliente (qualidade do atendimentoqualidade do atendimento).).

Motivação Motivação -- Pesquisa e DesenvolvimentoPesquisa e Desenvolvimento

Perdas econômicas nos EUA, relacionadas a Perdas econômicas nos EUA, relacionadas a fenômenos de QEE atingem montantes entre US$ 15 e fenômenos de QEE atingem montantes entre US$ 15 e 24 bilhões anuais, conforme relatório do EPRI de 24 bilhões anuais, conforme relatório do EPRI de julho/01.julho/01.

(Eletricidade Moderna, Ago/2001)(Eletricidade Moderna, Ago/2001)

√√ Imagem Empresarial ;Imagem Empresarial ;√√ Prejuízos Financeiros;Prejuízos Financeiros;√√ Competitividade;Competitividade;√√ Desenvolvimento Regional.Desenvolvimento Regional.

As Maiores Exigências Impostas pelos Consumidores são Devido a As Maiores Exigências Impostas pelos Consumidores são Devido a Implicações de Ordem Econômica.Implicações de Ordem Econômica.

QEEQEE

√√ Concessionário Concessionário –– Oferecer Contratos de Fornecimento que Garantam a Oferecer Contratos de Fornecimento que Garantam a QEEQEE√√ Conquistar o Consumidor Livre Conquistar o Consumidor Livre –– TornáTorná--lolo CativoCativo

Custos Estimados para Interrupção de Determinado Processo Custos Estimados para Interrupção de Determinado Processo -- US$(mil).US$(mil).

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V

Mínim

o

Médio

Máxim

o

0

100

200

300

400

500

600US$ (mil)

A - SaúdeB - GásC - PapelD - Orgãos PúblicosE - TransportadorasF - Comércio AtacadistaG - MadeireirasH - QuímicasI - Plásticos/BorrachasJ - Extração de PetróleoK - Produtos AlimentíciosL - ComputadoresM - EngenhariaN - Equip. de TransporteO - Orgãos de FinanciamentoP - Centros de NegóciosQ - MineraçãoR - Equipamentos EletrônicosS - Equipamentos de InstrumentaçãoT - Refinarias de PetróleoU - SiderúrgicasV - Têxtil

Custos Estimados para Interrupção de Processo por Um Intervalo Inferior a 1 min


Sensibilidade dos Equipamentos à Qualidade da Tensão de SuprimenSensibilidade dos Equipamentos à Qualidade da Tensão de Suprimentoto


0.1 1 10 100 1000Tempo em ciclos

0

20

40

60

80

100

Região de Má Operação:VCR’sFornos de MicroondasRelógios Digitais

Ten

são

(% d

a N

omin

al)

√√ Subsidiar Ações para Ressarcimento de Perdas e Danos Causados AoSubsidiar Ações para Ressarcimento de Perdas e Danos Causados Aos Consumidoress Consumidores

1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 20000

50

100

150

200

250

Potê

ncia

[GW

]

Ano

Crescimento das Cargas Eletrônicas nos EUA

Carga Total InstaladaCargas Eletrônicas

A Crescente Aplicação de Equipamentos que Utilizam Eletrônica deA Crescente Aplicação de Equipamentos que Utilizam Eletrônica de PotênciaPotência


√√ Modelagem de Cargas Não Lineares;Modelagem de Cargas Não Lineares;

√√ Estudos de Penetração Harmônica;Estudos de Penetração Harmônica;

√√ Planejamento da Expansão;Planejamento da Expansão;

√√ Planejamento da Operação;Planejamento da Operação;

√√ Representação da Rede Elétrica; Representação da Rede Elétrica;

√√ Perdas Técnicas;Perdas Técnicas;

√√ Proteção;Proteção;

√√ Medição;Medição;

O Impacto de Algumas Medidas Errôneas para a Racionalização/ConsO Impacto de Algumas Medidas Errôneas para a Racionalização/Conservaçãoervação

Substituição Dos Substituição Dos Sistemas de IluminaçãoSistemas de IluminaçãoIncandescentesIncandescentes

Reatores EletrônicosReatores Eletrônicosde Baixo FPde Baixo FP

Lâmpadas CompactasLâmpadas Compactas


Máquinas de Lavar Roupas

Sistemas deRefrigeração

Sistemas Eficientes?? Sistemas Eficientes??

Elevada TDH!!Elevada TDH!!

Comparação entre Lâmpadas

5% Energia Elétrica → Luz Visível

75012,349040[h][lm/W][lm][W]

21% Energia Elétrica → Luz Visível

750065,0260040[h][lm/W][lm][W]

75016,02400150[h][lm/W][lm][W]

Reator Eletrônico Convencional

FP ≈ 0,54

⇓

φ ≈ 25o

TDH ≈134%

Uma Constatação: Lâmpadas Compactas (PL)Uma Constatação: Lâmpadas Compactas (PL)

Definição do Fator de Potência

Para uma eficiente transmissão de energia da fonte para a carga é desejável Maximizar a Potência Média, com a

Minimização dos Valores Eficazes de Tensão e Corrente(portanto, Minimizando-se as Perdas).

O Fator de Potência (FP) é uma figura de mérito que avalia quanto Eficiente é a Transmissão/Distribuição de

Energia. Ele é definido como:

(Potência Média)Fator de Potência = (Tensao Eficaz)(Corrente Eficaz)

O Fator de Potência está sempre entre 0 e 1; sendo a relação entre Potência Ativa (P) e Potência Aparente (S)

Carga Resistiva (Linear) e Tensão Não-Senoidal

Neste caso as harmônicas de corrente estarão em fase e com amplitudes proporcionais às harmônicas de tensão.Portanto, todas as harmônicas contribuirão para a energia transmitida à carga, e, o Fator de Potência será UNITÁRIO.

22

0n=1

(Tensao Eficaz)= 2nVV

∞

+∑2 2 2

2 00 2 2

n=1 n=1

1(Corrente Eficaz)= (Tensao Eficaz)2 2n nI V VI

R R R

∞ ∞

+ = + =∑ ∑

( )0 01

cos2n n

n nn

V IP V I ϕ θ∞

=

= + −∑

( ); ; cos 1nn n n n n

VIR

θ ϕ ϕ θ= = − =

Carga Não Linear e Tensão Senoidal

Com Tensão Senoidal, as harmônicas de corrente não contribuem para a Potência Média.

Entretanto, correntes harmônicas aumentam o valor Eficaz da Corrente, e, portanto, reduzem o Fator de Potência.

( )( )

( )( )

1

1 122

0n=1

2ˆ(Fator de Potencia) cos

2

ˆ(Fator de Potencia) Fator de Distorçao Fator de Deslocamento

n

I

IIϕ θ

∞

⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟= −⎜ ⎟⎜ ⎟+⎜ ⎟⎝ ⎠

=

∑

22

0n=1

(Corrente Eficaz) 2nII

∞

= +∑( )1 11 1 cos

2V IP ϕ θ= −

Fator de Distorção

Definido Somente para Tensão Senoidal.

Taxa de Distorção Harmônica Total (TDH):

( )

( ) ( )( )

1

22

0n=1

2Fator de Distorçao

2

Valor Eficaz da Fundamental da CorrenteFator de Distorçao

Valor Eficaz da Corrente

n

I

II∞

⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟= ⎜ ⎟⎜ ⎟+⎜ ⎟⎝ ⎠

=

∑

2

n=2

1

(TDH) nI

I

∞

=∑

( )2

1(Fator de Distorçao) 1 TDH

=+

Fator de Distorção versus TDH

0 20 40 60 80 10070

80

90

100

110

TDH [%]

Fato

r de

Dis

torç

ão [%

]

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19

20

40

60

80

100

Ordem Harmônica [n]

Am

plitu

de H

arm

ônic

a em

Per

cent

ual

da F

unda

men

tal [

%]

0

9%13%15%15%

19%

32%

52%

73%

91%100%

Exemplo - Retificador Monofásico com Filtro Capacitivo

Espectro Harmônico Típico para a Corrente de Entrada

TDH = 136%TDH = 136%Fator de Distorção = 59%Fator de Distorção = 59%

Exemplo: Máxima Potência Ativa DisponívelRetificador Monofásico em rede de CA: 127V; 15A

( ) ( ) ( ) ( )

disponível eficaz

disponível

disponível

P (Ret. Conv.) V . Limite Proteçao . Fator Potência . Rendimento

P (Ret. Conv.) 127V . 80% de 15A . 0,55 . 0,98

P (Ret. Conv.) 821,4 W

=

=

=

( ) ( ) ( ) ( )

disponível eficaz

disponível

disponível

P (Ret. CFP) V . Limite Proteçao . Fator Potência . Rendimento

P (Ret. CFP) 127V . 80% de 15A . 0,99 . 0,93

P (Ret. CFP) 1.403,15 W (70,8% A MA

=

=

= IS de Potência Ativa Disponível)

Ponto de Vista do Consumidor

Outros3%

Consumidor Adjacente

8%Consumidor Afetado

12%

Concessionária17%

Causas Naturais60%

As Origens dos Problemas de QualidadeAs Origens dos Problemas de Qualidade

Ponto de Vista do Concessionário

Outros0%

Consumidor Adjacente

8%

Consumidor Afetado25%

Concessionária1%

Causas Naturais66%

Pesquisadores e Membros Pesquisadores e Membros -- Base Ilha SolteiraBase Ilha Solteira

-- 07 Pesquisadores (507 Pesquisadores (5 ProfProf.. DrDr. Adjuntos e 2. Adjuntos e 2 ProfProf.. DrDr.);.);

-- 02 Pós02 Pós--Doutorandos;Doutorandos;

-- 02 Doutorandos;02 Doutorandos;

-- 15 Mestrandos;15 Mestrandos;

-- 02 Iniciação Científica.02 Iniciação Científica.

Pesquisas em DesenvolvimentoPesquisas em Desenvolvimento

Sistemas deSistemas de AcionamentosAcionamentos de Elevado Rendimento de Elevado Rendimento e Desempenho:e Desempenho:-- Sistemas de Refrigeração (TDH, eficiência, Sistemas de Refrigeração (TDH, eficiência, racionalização);racionalização);

QualidadeQualidade na Distribuição e Uso da Energiana Distribuição e Uso da Energia ElétricaElétrica: : -- ModelagemModelagem de Cargas Não Lineares e Efeitos nos de Cargas Não Lineares e Efeitos nos Dispositivos dos Sistemas de Distribuição;Dispositivos dos Sistemas de Distribuição;-- Análise dos Efeitos deAnálise dos Efeitos de HarmônicosHarmônicos e Desequilíbrios e Desequilíbrios em Equipamentos de Distribuição;em Equipamentos de Distribuição;


Sistemas de Iluminação Eficientes e com Qualidade:Sistemas de Iluminação Eficientes e com Qualidade:-- Fluorescentes (MúltiplasFluorescentes (Múltiplas LâmpLâmp., TDH, Rendimento);., TDH, Rendimento);-- Iluminação de Alta pressão (TDH,Iluminação de Alta pressão (TDH, ResonReson. Acústica);. Acústica);

SistemasSistemas de Alimentação, Qualidade e Eficiência:de Alimentação, Qualidade e Eficiência:-- RetificadoresRetificadores Monofásicos e Trifásicos (FP, TDH);Monofásicos e Trifásicos (FP, TDH);-- FontesFontes ChaveadasChaveadas Especiais (FP, TDH, Comutação);Especiais (FP, TDH, Comutação);


Sistemas Alternativos de Conversão de Energia:Sistemas Alternativos de Conversão de Energia:-- ConversãoConversão FotovoltaicaFotovoltaica e Célula Combustível em e Célula Combustível em Aplicações em Corrente Alternada;Aplicações em Corrente Alternada;

AnáliseAnálise PenetraçãoPenetração HarmônicaHarmônica em Equipamentos:em Equipamentos:-- HarmônicosHarmônicos (FP, TDH, EMI/EMC);(FP, TDH, EMI/EMC);-- FlickerFlicker (EMI/EMC);(EMI/EMC);-- Distúrbios;Distúrbios;


Análise de InterferênciasAnálise de Interferências EletromagnéticasEletromagnéticas::-- EMI Conduzida, Filtros de Linha;EMI Conduzida, Filtros de Linha;

FiltrosFiltros Passivos Passivos -- DimensionamentoDimensionamento OtimizadoOtimizado;;-- Análise de desempenho;Análise de desempenho;


Conversores Estáticos Conversores Estáticos -- ModelagemModelagem como Fontecomo Fonte HarmônicaHarmônica;;

CompensaçãoCompensação de Sistemasde Sistemas-- Desequilíbrios eDesequilíbrios e FatorFator de Deslocamento;de Deslocamento;-- Potência Complexa Instantânea;Potência Complexa Instantânea;


UsoUso Racional e Controle de Desperdício de EnergiaRacional e Controle de Desperdício de EnergiaElétricaElétrica::-- Análise de Plantas;Análise de Plantas;-- Modernização (Modernização (RetrofitRetrofit) de Sistemas Fabris;) de Sistemas Fabris;-- ModelagensModelagens;;


Transformadores de Distribuição e Força:Transformadores de Distribuição e Força:-- Efeitos da Magnetização Assimétrica;Efeitos da Magnetização Assimétrica;-- Influência deInfluência de HarmônicosHarmônicos na Vida Útil;na Vida Útil;

MedidoresMedidores de kWh :de kWh :-- Resposta quando Submetidos a Distúrbios;Resposta quando Submetidos a Distúrbios;

Produção Científica Produção Científica -- Período: 2001/2003Período: 2001/2003

Artigos Publicados em Revistas: 07Artigos Publicados em Revistas: 07

ArtigosArtigos Aceitos em Revistas (noAceitos em Revistas (no prêloprêlo): 04): 04

ArtigosArtigos Submetidos Revistas (em análise): 05Submetidos Revistas (em análise): 05

ArtigosArtigos Completos em Congressos: 29Completos em Congressos: 29

DissertaçõesDissertações de Mestrados Concluídas: 22 (Geral)de Mestrados Concluídas: 22 (Geral)

TesesTeses de Doutorado Concluídas: 01de Doutorado Concluídas: 01

Exemplos de Projetos DesenvolvidosExemplos de Projetos Desenvolvidos

TDH; FP; Rendimento; Controle de LuminosidadeTDH; FP; Rendimento; Controle de Luminosidade

Reator EletrônicoReator Eletrônico para Múltiplas Lâmpadas Fluorescentespara Múltiplas Lâmpadas Fluorescentes


Carga EletrônicaCarga Eletrônica de 300A para Ensaios Dinâmicos de 300A para Ensaios Dinâmicos de Fontes de Alimentaçãode Fontes de Alimentação


TDH; FP; EMI; Eficiência (comutações nãoTDH; FP; EMI; Eficiência (comutações não dissipativasdissipativas))

Retificador para Sistemas de TelecomunicaçõesRetificador para Sistemas de Telecomunicações


TDH; FP; EMI; Eficiência (comutações nãoTDH; FP; EMI; Eficiência (comutações não dissipativasdissipativas))

Carregador de Baterias de Elevada QualidadeCarregador de Baterias de Elevada Qualidade


Apoio DidáticoApoio Didático –– Gerenciado por MicrocomputadorGerenciado por Microcomputador

Compensador Estático tipo RCT Compensador Estático tipo RCT

Barramento doMicrocomputador

Placa de Aquisiçãode Dados

PCL-711S

Placa de Condicio-namento de Sinais

Circuito deSincronismo

Circuito deSample-Hold

TP´s

Circuito de Condicio-namento de Corrente

TC´s

Placa deInterfaceamento

Placa dosContadores

Circuito Opto-Acoplador

Tiristores

Entrada

Digital

Entrada

Analógica


PerdasPerdas Técnicas: Suprimento/Planejamento/Técnicas: Suprimento/Planejamento/Substituição/Análise TécnicoSubstituição/Análise Técnico--EconômicaEconômica

Gerenciamento de TransformadoresGerenciamento de Transformadores

Exemplos de Projetos em AndamentoExemplos de Projetos em Andamento

Sistema de Refrigeração de Elevado Desempenho: Sistema de Refrigeração de Elevado Desempenho: TDH; FP; Racionalização/Eficiência; Controle DigitalTDH; FP; Racionalização/Eficiência; Controle Digital

Pré-ReguladorZCS-PWM

(ou ZCS-FM)

CargaSistema de

RefrigeraçãoMotor Trifásicode Indução

Inversor 2níveis, com

controle vetorial(ou escalar)

VCC 3φ

Proteções

Controle de TemperaturaLógica VHDL

DSP

Controle do Inversor(Velocidade do Motor)

Controle Pré-Regulador

Referências de Tensãoe de Corrente

1φ CA 60 Hz97V-260V


PréPré--Regulador comRegulador com InterleavedInterleaved para Sistemas de para Sistemas de Telecomunicações: Telecomunicações: TDH; FP; Eficiência; Controle DigitalTDH; FP; Eficiência; Controle Digital

D22

Sa

Lr2 Cr

Lr1

D1Lin

Sp

Dap Daa

Célula 2

D2

Sa1

Lr2 CrLr1

D1Lin

Sp1

Dap Daa

Célula 1

Iin(ωt) Dr1 Dr2

Dr3 Dr4

C0 R0

Sinais deControle FPGA

Sinais deGate

Célula 1gSp1gSa1

Célula 2gSp2gSa2


Aproveitamento da EnergiaAproveitamento da Energia FotovoltaicaFotovoltaica em Aplicações em Aplicações em CA: em CA: Eficiência (Técnicas Comutação); Controle DigitalEficiência (Técnicas Comutação); Controle Digital

REGULADOR BATERIAS CONVERSORCC-CC e INVERSOR

CARGAS CA

CARGAS CC

MÓDULO SOLAR/FOTOVOLTAICO


Desenvolvimento de um Algoritmo Inteligente para Desenvolvimento de um Algoritmo Inteligente para a Análise de Defeitos ema Análise de Defeitos em EquipEquip.. EletrodomésticosEletrodomésticos, em , em Função de Distúrbios no Sistema de Distribuição;Função de Distúrbios no Sistema de Distribuição;

0.001 0.50.01 1.00.1 6 1000

10030

10

Tempo em Ciclos (60 Hz)

106%

87%

100

115%

30%0

200

Ten

são

[%]

400

Nível de Tensão Passível de Ruptura

300

Envoltória da Tensão de Tolerância do Computador

Infraestrutura LaboratorialInfraestrutura Laboratorial

Laboratório InterferênciasLaboratório Interferências EletromagnéticasEletromagnéticas ConduzidasConduzidas


Laboratório de Qualidade da EnergiaLaboratório de Qualidade da Energia ElétricaElétrica


Laboratório deLaboratório deEletrônicaEletrônica de Potênciade Potência--1 1


Laboratório deLaboratório deEletrônicaEletrônica de Potênciade Potência--2 2


Laboratório de Confecção de Circuitos ImpressosLaboratório de Confecção de Circuitos Impressos

F I MF I M

ee--mailmail: : qualienergiqualienergi@@deedee..feisfeis.unesp.b.unesp.bee--mailmail: canesin@: [email protected]

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