Título: Análise comparativa entre filtros híbridos aplicados a cicloconversores em uma siderúrgica
Autor(es): Antunes, Hélio Marcos André
Coorientador: Souza, Gilberto Costa Drumond
Citação: ANTUNES, Hélio Marcos André. Análise comparativa entre filtros híbridos aplicados a cicloconversores em uma siderúrgica. 2009. 175 f. Dissertação (Mestrado em Robótica; Automação Inteligente; Inteligência Artificial; Processamento de Sinais; Eletrônica de Pot) - Universidade Federal do Espírito Santo, Vitória, 2009.
Resumo: Em siderúrgicas que utilizam o processo de laminação de tiras a quente, é muito comum o uso de cicloconversores com potências nominais da ordem de megawatts, para o acionamento de motores síncronos. Os cicloconversores absorvem uma corrente distorcida da rede elétrica, causando assim uma distorção de tensão no ponto de acoplamento comum (PAC) e inúmeros problemas de qualidade da energia elétrica. Uma solução muito utilizada para a mitigação harmônica nesta aplicação é obtida através do uso de filtros passivos, com vários estágios de filtragem. Porém esta é uma solução que pode causar ressonância harmônica, aumentando assim a distorção harmônica no sistema elétrico e causando sobrecarga no sistema de filtragem. Neste trabalho é apresentado um estudo de caso em uma grande siderúrgica, localizada na Grande Vitória. Por meio de medições na subestação do laminador de tiras a quente, são apresentadas as principais formas de onda das correntes e tensões, em conjunto com seus espectros harmônicos, que comprovam a existência do fenômeno da ressonância harmônica. Como está prevista uma expansão de 30% na carga do laminador, torna-se necessário um estudo do comportamento do sistema elétrico por meio de simulação, pois o fenômeno da amplificação harmônica pode aumentar os níveis de distorção e afetar o desempenho do sistema de filtragem passiva. Foi utilizado um modelo para o sistema sob estudo desenvolvido, o qual apresenta forte grau de correlação com o sistema real. De posse do modelo é realizada uma análise comparativa por meio de simulação entre duas topologias de filtragem híbrida, o filtro híbrido série e o paralelo, para a filtragem harmônica e amortecimento da ressonância. Os resultados obtidos mostram que o filtro híbrido série é a topologia que permite realizar o amortecimento harmônico e melhorar as características de compensação harmônica do sistema de filtragem passiva, com um filtro ativo de menor potência nominal, quando comparado a um filtro híbrido paralelo. Porém, esta estrutura não possui boas características de filtragem em elevada frequência, função que o filtro híbrido paralelo pode realizar, porém com um filtro ativo de elevada potência nominal. Por final é mostrado que um filtro híbrido série, composto por um filtro ativo e banco de capacitores aplicado ao sistema elétrico do laminador, pode proporcionar os mesmos resultados de compensação harmônica e amortecimento da ressonância, com um filtro ativo de menor potência, quando comparado à estrutura híbrida tradicional, composta pela associação série entre um filtro ativo e passivo.
In steel industry that uses the process of hot strip mill, cycloconverter-fed synchronous motors of megawatts nominal power are usually employed. The cycloconverters absorb a distorted current from the electric main, causing voltage distortion in its point of common coupling (PCC) and many problems with respects the electric power quality. A standard solution used for the harmonic mitigation in this application is obtained through the use of composite passive filter. However this is a solution that can cause harmonic resonance, increasing the harmonic distortion in the electrical system and causing overload in the filtering system. In this work a case in a huge steel industry, located at Grande Vitória is presented. Through measurements in the substation of the hot strip mill, the main currents and voltages waveforms are presented, along with the harmonic spectrum, that confirm the existence of harmonic resonance phenomenon. As an expansion of 30% is foreseen in the load of the rolling mill, it becomes necessary a study of the influence in the associated electrical system. This is due to the harmonic amplification phenomenon, that can increase the distortion levels affecting the passive filtering system behavior. A previously developed model of the system under study was used, which allows the representation of the real system with great correlation degree. Using the model, a comparative simulation analysis is done, by simulation, between two topologies of hybrid filters, the series and parallel, with the objective of harmonic filtering and resonance damping. The obtained results show that the series hybrid filter is the topology that allows better damping of harmonic resonance, and improving the characteristics of harmonic compensation in the passive filtering system, with an active filter of low nominal power, when compared to a parallel hybrid filter. However, this structure doesn't have good filtering characteristics in high frequency, function that the parallel hybrid filter can perform, however with an active filter of higher nominal power. Finally, it is shown that a series hybrid filter, consisting in an active filter and a capacitor bank applied in the electrical system of the rolling mill, can provide the same results of harmonic compensation and resonance damping, with an active filter of smaller nominal power, when compared to the traditional hybrid structure, formed by the series association of active and passive filters.