Simulador eletrônico de cargas com capacidade regenerativa e controle de tensão para testes em transformadores de potência

Autor: Guilherme Monteiro de Rezende
Přispěvatelé: Victor Flores Mendes, Clodualdo Venicio de Sousa, Lenin Martins Ferreira Morais, Gabriel Azevedo Fogli, Marcelo Martins Stopa, Domingos Sávio Lyrio Simonetti
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UFMG
Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)
instacron:UFMG
Popis: CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Ensaios de longa duração em transformadores elétricos são ferramentas importantes para usuários e fabricantes determinarem informações precisas como os limites operacionais do equipamento, seu tempo de vida, comportamento térmico, etc. Esses ensaios são comumente realizados utilizando elementos passivos como, por exemplo, nos testes de burn-in, e, portanto, consomem uma grande quantidade de energia e possuem pouca flexibilidade em emular perfis de carregamento variados (níveis de tensão e corrente, componentes harmônicas, etc). Neste contexto, realizar ensaios em transformadores de potência emulando sua característica de carregamento real é uma tarefa difícil, visto que os procedimentos de testes padronizados não emulam níveis de carregamento variados e os testes de burn-in são ineficientes do ponto de vista energético. Além disso, em redes de distribuição, os transformadores são submetidos a um crescente nível de distorção harmônica de tensão e corrente, além de variações de amplitude e frequência. Dessa forma, é importante que o equipamento seja ensaiado sob estas condições, emulando características mais reais de operação. A utilização de simuladores eletrônicos de cargas (SEC) é uma alternativa para realização de tais testes, podendo ainda apresentar capacidade de regeneração de energia, isto é, consumir apenas as perdas do equipamento sob teste, além de emular diferentes tipos de cargas de forma controlada. Essa tese apresenta um SEC baseado em eletrônica de potência para realização de ensaios em transformadores de potência com baixo consumo de energia e capacidade de impor de maneira controlada perfis variados de tensão e correntes, incluindo componentes harmônicas. O sistema proposto é projetado e avaliado utilizando uma estrutura clássica de controle de conversores estáticos, e validado através de ferramentas computacionais e de resultados experimentais obtidos de um protótipo experimental de 50 kVA. Além disso, são apresentados os estudos de uma metodologia para o projeto dos filtros de saída do SEC e do sistema de controle LQR (regulador linear quadrático) ressonante. Estes estudos são conduzidos de forma a explorar melhor as particularidades do SEC proposto e assim expandir a faixa de transformadores que podem ser ensaiados. Por fim, resultados computacionais são utilizados para avaliar tais estudos, demostrando as vantagens das alterações propostas e definindo o limite operacional de teste de acordo com as características dos transformadores. The long duration tests of electrical transformers are important tools for users and manufacturers to determine precise information as, for example, equipment operational limits, lifespan, thermal behavior, etc. Although useful, these tests are usually conducted using passive elements such as in the burn-in test, consuming a great amount of energy and with limited flexibility to emulate different loading profiles (e.g., current and voltage levels, harmonics content, etc.). In this context, to perform tests in power transformer emulating its real operation conditions can be a difficult task, since the standards procedures do not emulate several loading levels and the burn-in test consumes a high quantity of energy. Moreover, in distribution networks, the transformers are submitted to an increasing level of voltage and current distortions, besides voltage and frequency fluctuations. Thus, it is important to test them under these conditions, emulating more realistic operational behaviors. The use of electronic load simulator (ELS) is an alternative to conduct such tests, and it also can have regenerative proprieties, which is consuming just the system's intrinsic losses, besides emulating different types of loads. This thesis presents a power electronics based ELS to perform tests in power transformers with low energy consumption that is capable of imposing, in controlled manners several levels of voltage and current, including harmonics components. The proposed system is designed and evaluated using classical control structures, and it is validated by computational tools and experimental results of a 50 kVA prototype. Furthermore, it is presented the studies a design methodology for the SEC's output filters and a LQR (linear quadratic regulator) resonant control structure. These studies are conducted in order to explore the proposed ELS particularities and, therefore, expand the range of transformer that can be tested. Lastly, the results of computational simulations are used to evaluate these studies, demonstrating the advantages of proposed modifications, and defining the test operational limit in accordance with the transformers characteristics.
Databáze: OpenAIRE
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