Detecção de harmônicas em redes industriais utilizando métodos no domínio da frequência e do tempo

Abstract

Em sistemas de energia elétrica tem-se à existência de distúrbios elétricos que ocasionam danos, gerando custos com indisponibilidade de equipamentos, processos produtivos e sistemas parados, bem como um baixo desempenho dos equipamentos eletrônicos. Os valores e níveis de tais distúrbios são pré-estabelecidos por um conjunto de normas e associações, que regem a operação do sistema elétrico. A manter os níveis deve ser algo garantido, tanto pelos consumidores, quanto pelas concessionárias de fornecimento de energia elétrica. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um sistema para detecção de frequências harmônicas contidas em um circuito elétrico com uma carga não-linear, aplicando dois métodos, um para sinais no domínio da frequência e outro para sinais no domínio do tempo, e apresentá-los de forma unificada e on-line. Os algoritmos propostos para a detecção utilizaram recursos, como o algoritmo Phase Locked Loop - PLL, Transformada de Park, Transformada Discreta de Fourier Recursiva – TDFR e filtro de segunda ordem, que foram aplicados em rotinas programáveis compiladas num processador de sinais digitais. Os resultados experimentais foram obtidos e enviados para uma aplicação WEB, via a ferramenta GUI Composer. Assim, ao aplicar os métodos para o domínio da frequência e domínio do tempo, foi possível observar as amplitudes harmônicas de 5ª, 7ª,11e 13ª, contidas no sinal lido, para o domínio da frequência foi necessário aplicar a TDFR e o algoritmo PLL, e para o domínio do tempo a Transformada de Park para obter as coordenadas d e q e os ângulos de fase com o PLL. Em ambos os métodos o conteúdo harmônico foi bem similar sendo superior a 99%, contudo observou que devido ao número de operações matemáticas o método para o domínio da frequência precisou de ajustes ao requerer melhor dinâmica nas simulações. Observou-se também que os valores de Total de Distorções Harmônicas apresentaram valores bem próximos divergindo em 1,2% um método em relação ao outro. Para ambientes industriais o método para o domínio do tempo tem caráter mais exequível pelo fato da aplicação computacional se dá com um código bem difundido e por haver em alguns relés de proteção a pré-disposição de conversão da linguagem de programação em C++ para linguagem de Blocos ou Ladder.