Contribuições para algoritmos de sincronização de conversores estáticos conectados à rede elétrica. - DANTAS, Nicolau Kellyano Leite. (2018)
Normalmente, para equipamentos conectados à rede como conversores de energia, filtros ativos, retificadores controlados e outros, os algoritmos phase locked loop (PLL) são usados para obter a sincronização entre à rede elétrica e o equipamento. No entanto, muitas vezes esses algoritmos de PLLs apresentam resposta dinâmica insatisfatória quando a rede elétrica apresenta distorções como harmônicos e degrau de fase. Neste trabalho, são discutidas melhorias de desempenhos no rastreamento de fase e frequência para algoritmos de PLLs. Inicialmente é proposto a utilização de um banco de filtros adaptativos de atraso (filtro ADB) para resolver o problema do erro de fase do PLL de onda quadrada (PLLOQ), quando a rede apresenta componentes harmônicas. Através dos testes de simulações e experimentais, foi verificado que o erro de fase causado por harmônicos pode ser eliminado. No entanto, a correção do erro introduziu um atraso de 10ms na dinâmica do PLLOQ. Ainda assim, esse PLL foi competitivo se comparado a outras estruturas, por exemplo, as que usam Ąfiltro notch adaptativo. Em seguida, é proposta a utilização do controlador proporcional ressonante (PR) ideal nas estruturas de PLLs. É apresentado um método sistemático para projetar os parâmetros de controle de um PLL utilizando o controlador PR. Comparações de desempenho do PLL clássico utilizando o controlador proporcional integral (PI) frente ao controlador PR são apresentadas através de simulações e resultados experimentais, e foi constatado que o PLL com controlador PR obteve uma resposta mais rápida na detecção da fase e frequência. Também foi verificada uma boa precisão (erro nulo em estado estacionário) na detecção dos parâmetros de interesse, além de obter resultados satisfatórios (conseguiu rastrear a fase e frequência) quando a rede apresentou distorções. Posteriormente, é comparado o desempenho dos seguintes PLLs: (1) PLL baseado na Transformação Inversa de Park (Park-PLL) utilizando os controladores PI e PR, (2) PLL baseado no Integrador Generalizado de Segunda Ordem (SOGI-PLL) utilizando o controlador PI e (3) Enhanced Phase Locked Loop (EPLL) com controlador PI. Através das análises, para diferentes cenários de rede, foi verificado que o melhor desempenho entre esses algoritmos ficou com o SOGI-PLL com controlador PI. O Park-PLL com controlador PR obteve o detector de fase mais rápido, enquanto que o EPLL com controlador PI obteve o detector de fase mais lento. Além disso, foi visto que esses algoritmos obtiveram erro nulo em estado estacionário, exceto quando a rede apresentou harmônicos. Por fim, foi realizada uma análise geral dos principais resultados obtidos neste trabalho, onde foram indicadas as melhores escolhas de PLLs para aplicações específicas.