MEDIÇÃO, CÁLCULO E MONITORAÇÃO DE POTÊNCIAS …ricardo/files/Projeto Eng Claudio Sergio de...

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTEUNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTECENTRO DE TECNOLOGIACENTRO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICADEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICALABORATÓRIO DE ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO E AUTOMAÇÃOLABORATÓRIO DE ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO E AUTOMAÇÃO

MEDIÇÃO, CÁLCULO E MONITORAÇÃO MEDIÇÃO, CÁLCULO E MONITORAÇÃO DE POTÊNCIAS INSTANTÂNEASDE POTÊNCIAS INSTANTÂNEAS

CLAUDIO SÉRGIO DE S. DANTAS

Disciplina Orientador

Projeto de Engenharia Elétrica Prof. Ricardo Ferreira Pinheiro

NATAL, FEVEREIRO, 1999

INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO

•• Qualidade de Energia e Otimização do Uso dos Qualidade de Energia e Otimização do Uso dos Sistemas ElétricosSistemas Elétricos

••Teoria das Potências InstantâneasTeoria das Potências Instantâneas

••Sistema DesenvolvidoSistema Desenvolvido••Hardware;Hardware;••SoftwareSoftware.

••Resultados ObtidosResultados Obtidos

TEORIA DAS POTÊNCIAS TEORIA DAS POTÊNCIAS INSTANTÂNEASINSTANTÂNEAS

• Conceitos Clássicos de Potência Ativa e Reativa•• Conceitos Clássicos de Potência Ativa e ReativaConceitos Clássicos de Potência Ativa e Reativa•Sistema elétrico monofásico, fonte senoidal,

carga linear e regime permanente

wtVtva sen..2)( =

)sen(..2)( φ−= wtVtia

wtIVwtIVwtIVivtp aa

2sen.sen..)2cos1.(cos..)]2cos(.[cos..)(

φφφφ

−−==−−==

Duas Parcelas


• Conceitos Clássicos de Potência Ativa e Reativa•• Conceitos Clássicos de Potência Ativa e ReativaConceitos Clássicos de Potência Ativa e ReativaA primeira parcela pulsa em torno do valor médio ( ) com o dobro da freqüência da rede, porém nunca é negativa. Este valor médio, dentro da conceituação tradicional, é definido como potência ativa:

φcos..IV

φcos..IVP∆

=

Já a segunda parcela, tem valor médio nulo, valor de pico igual a ( ) e também oscila com o dobro da freqüência da rede. Define-se, então, como potência reativa, o seguinte:

φsen..IV

φsen..IVQ∆

=


• Conceitos Clássicos de Potência Ativa e Reativa•• Conceitos Clássicos de Potência Ativa e ReativaConceitos Clássicos de Potência Ativa e ReativaNo caso de sistemas trifásicos equilibrados, a potência que é instantaneamente fornecida é dada por:

ccbbaacba ivivivtptptptp ++=++= )()()()(

φφ cos...3.33 IVPP ==

Em virtude do defasamento de 120° existente entre as três componentes de potência reativa de cada fase, a sua soma é nula. Contudo, define-se tradicionalmente a potência reativa trifásica como:

QQ .33

∆

=φ


• Conceitos Clássicos de Potência Ativa e Reativa•• Conceitos Clássicos de Potência Ativa e ReativaConceitos Clássicos de Potência Ativa e ReativaO termo “potência aparente” é bem conhecido e, matematicamente, é expresso pela equação:

222 QPS +=


• Conceitos Clássicos de Potência Ativa e Reativa•• Conceitos Clássicos de Potência Ativa e ReativaConceitos Clássicos de Potência Ativa e ReativaTetraedro de Potências

Onde:Fator de deslocamento ou fator de potência fundamental = cosφ1= ;

Fator de distorção = cosγ = ;

Fator de potência ou fator de potência total = cosφ = .

22 QPP+

SQP 22 +

SP

2222 HQPS ++=


• CONCEITOS FUNDAMENTAIS DA TEORIA GENERALIZADA DAS POTÊNCIAS INSTANTÂNEAS


•Interpretação de grandezas como função do tempo;•Transformações;

−

−−=

)()()(

.

23

230

21

211

21

21

21

.32

)()()(0

wtfwtfwtf

wtfwtfwtf

c

b

a

β

α

−−

−=

)()()(

.

23

21

21

23

21

21

012

1

.32

)()()( 0

wtfwtfwtf

wtfwtfwtf

c

b

a

β

α




•Potência Real Instantânea;

000)( ivivivppptp ++=++= ββααβα

•Potência Imaginária Instantânea;

αββα ivivq −=βαrrrr ".'.0. qqqq ++=

ββ ivivq 00' −=

00" ivivq αα −=


• MÉTODO DA AUTOCORRELAÇÃO • MÉTODO DA AUTOCORRELAÇÃO

∫+

−∞→+= 2

2

).().(1lim)(T

Ttdtptp

Ttp ττ ∑

=

=

∆+∆

=Nk

ktkkpkp

tNtp

11).().(

*1)(

∆t é o passo da simulação;

N é o numero das últimas medições de p(k) e p(k+k1) que são armazenadas;

k1 é o passo da autocorrelação;p(k) é o valor da potência real instantânea no k-ésimo passo da simulação anterior

ao atual;p(k+k1) é o valor de p, k1 passos de integração após p(k) e,

p (t) é o valor estimado para p no atual passo de integração.

Hardware do Sistema ImplementadoHardware do Sistema Implementado

• Circuito de Medição;Circuito de Medição;

•• Placa de Conversão Analógico/Digital (A/D);Placa de Conversão Analógico/Digital (A/D);

• Computador Digital.Computador Digital.



•Reduzir a tensão de cada fase, cujo valor eficaz nominal é de 220V, para valores entre ± 5V de pico, com uma certa margem de segurança, pois a placa A/D trabalha com essa faixa de tensão;

•Converter os sinais de corrente das três fases em tensões proporcionais e que também estejam na faixa de tensão da placa;



•Utilizar componentes no circuito com grande largura de banda, de tal forma que os sinais presentes nas entradas da placa A/D sejam praticamente os mesmos presentes na carga;

•Garantir a proteção da placa A/D contra possíveis sobretensões ou sobrecorrentes;

•Ser barato e simples para não inviabilizar a sua montagem.


•• Placa de Conversão Analógico/Digital (A/D);Placa de Conversão Analógico/Digital (A/D);

•PCL-818 da Advantek instalada em um slot ISA do PC;

•8 sinais diferenciais ou 16 com referência comum;

•Faixa de tensão de entrada (±5V );

•Utiliza 12 bits para representar os sinais analógicos;

•Podem ser utilizadas linguagens de alto nível como o C, C++, Pascal , Basic, Visual Basic na concepção de programas que utilizem os recursos da placa.

• Formas diferentes de amostragem (Software, DMA, Interrupções).

Software do Sistema ImplementadoSoftware do Sistema Implementado

•• Interface com o usuário;Interface com o usuário;

• Configuração e controle do processo de amostragem;

•• Cálculos;Cálculos;

•• Outras funções úteis.Outras funções úteis.


•• Interface com o usuário;Interface com o usuário;



•Utilização de um driver fornecido pelo fabricante;•Parâmetros principais a serem configurados;

-Forma de amostragem (por software ou DMA);-Quantos e quais os canais a serem utilizados (no caso seis);-Qual a placa A/D a ser usada;-Freqüência de amostragem e alocação de Buffers de memória.


Private Sub contador_Timer()

'Esta rotina é chamada a cada incremento de no mínimo 1ms no contador. Cada vez que'ela é chamada, as amostras são tomadas dos sinais de entrada e passadas'para o gráfico desejado.

monitor_amostras.Caption = Str$(monitoracao)monitoracao = 0indicador_de_erro = 6

For j% = 1 To num_amostras For i% = 0 To 5 'seis canais de conversão A/D coderro = adIODataBySoftTrig(num_driv, DAS_AISECTION, var_de_armaz(i%)) If coderro <> 0 Then Call erro indicador_de_erro = 0 Exit Sub End If dado(i%) = var_de_armaz(i%).fData Next i% Call filtro(ch1_atual, ch2_atual) Call Plotar(vetor1, vetor2) 'Chamada a rotina de plotagem grafica monitoracao = monitoracao + 1

Next j%

indicador_de_erro = 7

End Sub


•• Cálculos;Cálculos;•Cálculo de potência real e parcelas α, β e 0 da potência imaginária;

•Separação das parcelas de potência real constante e oscilante.

Sub Calcular(ByRef dados() As Single)

'Componentes simétricas das tensões

V0 = (dados(i) + dados(i + 1) + dados(i + 2)) / Sqr(3)Valfa = Sqr(2 / 3) * dados(i) - 0.5 * (dados(i + 1) + dados(i + 2)) / Sqr(2 / 3)Vbeta = (Sqr(2) / 2) * (dados(i + 1) - dados(i + 2))

'Componentes simétricas das correntes

I0 = (dados(i + 3) + dados(i + 4) + dados(i + 5)) / Sqr(3)Ialfa = Sqr(2 / 3) * dados(i + 3) - 0.5 * (dados(i + 4) + dados(i + 5)) / Sqr(2 / 3)Ibeta = (Sqr(2) / 2) * (dados(i + 4) - dados(i + 5))

'Potências

p = Valfa * Ialfa + Vbeta * Ibeta + V0 * I0q0 = (-1) * Vbeta * Ialfa + Valfa * Ibetaqalfa = (-1) * V0 * Ibeta + Vbeta * I0qbeta = (-1) * Valfa * I0 + V0 * Ialfa

End Sub


•• Outras funções úteis.Outras funções úteis.

•Salvar os gráficos;

• Imprimir os gráficos;

•Verificação de Erros;

•Arquivo de Ajuda.

Resultados ObtidosResultados Obtidos

•• Carga EstudadaCarga Estudada


•• Amostragem Via Software* (Amostragem Via Software* (Va Va x Ia)x Ia)


•• Amostragem Via Software* (Amostragem Via Software* (Va Va x x IcIc))


•• Amostragem Via Software* (Amostragem Via Software* (Va Va x p)x p)


•• Amostragem Via Software (Amostragem Via Software (Va Va x x IcIc))


•• Amostragem Via DMA* (Amostragem Via DMA* (Va Va x x VbVb))


•• Amostragem Via DMA* (Amostragem Via DMA* (Va Va x x IcIc))


•• Amostragem Via DMA* (Amostragem Via DMA* (Va Va x p)x p)


•• Amostragem Via DMA (Amostragem Via DMA (Va Va x x IbIb))


•• Amostragem Via DMA (Amostragem Via DMA (Va Va x p)x p)_


•• Amostragem Via DMA (Amostragem Via DMA (Va Va x q0)x q0)


•• Amostragem Via DMA (Amostragem Via DMA (Va Va x qx qαα))


•• Amostragem Via DMA (Amostragem Via DMA (Va Va x qx qββ))


•• Principais Problemas do SistemaPrincipais Problemas do Sistema

•Dificuldade de ajuste do circuito de medição de tal forma que ele pudesse reproduzir os módulos das tensões e correntes corretamente;

Possível solução: Utilizar componentes mais precisos no circuito de medição, um circuito mais bem elaborado e instrumentos adequados de calibração.



•Algumas vezes acontece perda da amostragem em virtude da execução de outras tarefas pelo microprocessador;

Possível solução: Desenvolver um sistema com microprocessador ou microcontrolador dedicado



•Algumas vezes o programa “trava” devido a “bugs” ainda não identificados;

Possível solução: Fazer vários testes diferentes no software, identificando os “bugs” e melhorando o código.



•A amostragem via DMA não funcionou em um dos computadores do LECA, provavelmente devido a conflitos de hardware.

Possível solução: Verificar cuidadosamente todo o hardware instalado nesse PC e os possíveis canais de DMA utilizados por ele.

ConclusõesConclusões

•Software versátil;

•Forma de acesso aos dados da placa independente da linguagem utilizada;

•Obtenção de melhores resultados com amostragem via DMA;

•Pode ser utilizado em estudos de harmônicos, na concepção de Filtros Ativos para controle de harmônicos, potência reativa e compensação de correntes de seqüência negativa provocadas por cargas desequilibradas ou sistemas de monitoração em indústrias;

FIMFIM

MEDIÇÃO, CÁLCULO E MONITORAÇÃO DE POTÊNCIAS …ricardo/files/Projeto Eng Claudio Sergio de...

Documents

Transcript of MEDIÇÃO, CÁLCULO E MONITORAÇÃO DE POTÊNCIAS …ricardo/files/Projeto Eng Claudio Sergio de...