Bancada e Circuito em FPGA para Teste e Validação de um Sistema de Regulação Remota Embarcado em um Regulador de Tensão de...
Sumário<br /><ul><li>Principais objetivos do projeto
Formulação teórica
GUI para simulação trifásica
Projeto da plataforma de embarque
Núcleo de Ajuste de Tensões
Bancada de testes e Circuito de teste
Conclusões
Perspectivas futuras</li></li></ul><li>Principais objetivos do projeto<br /><ul><li>Desenvolver uma plataforma de hardware...
Desenvolver um núcleo de propriedade intelectual para controle e ajuste de tensão em redes de distribuição de energia elét...
Implementar bancada de teste.</li></li></ul><li>Formulação teórica<br /><ul><li>Após várias análises de fluxo de carga, fe...
a variação na tensão de saída de um regulador se reflete linearmente para todos os nós a sua jusante para condições fixas ...
para uma condição fixa de tapde um regulador, as tensões nos nós a sua jusante variam linearmente, para excursões de carre...
     - Tensão regulada no nó j.
    - Tensão de saída do regulador.
    - Fator de carregamento do nó j. </li></li></ul><li>Formulação teórica<br /><ul><li>Através da medição de tensão no TP...
Formulação teórica<br /><ul><li>Para validar o modelo, desenvolveu-se, no ambiente de programação do MatLab®
Inicialmente uma GUI para simular e avaliar o comportamento de reguladores monofásicos de tensão
Posteriormente uma GUI para simular e avaliar o comportamento de bancos reguladores trifásicos</li></li></ul><li>GUI para ...
Projeto da plataforma de embarque<br />
Núcleo de Ajuste de Tensões<br /><ul><li>O Núcleo de Ajuste de Tensões, principal módulo criado para a plataforma, executa...
Recebe através do barramento Avalon os dados gerados pelo microcontrolador, equivalentes aos valores eficazes das tensões ...
Executa um algoritmo de ajustes de tensões e;
Envia como resultado, para a CPU NIOS, os valores de ajuste dos taps dos reguladores.</li></li></ul><li>Núcleo de Ajuste d...
Calcula a tensão de saída do regulador para que a condição anterior à variação seja obtida e estima os degraus a elevar ou...
Analisa o impacto que essa mudança causará no perfil de tensão do alimentador para só então enviar o comando de mudança de...
Redefine o perfil de tensão da rede.</li></li></ul><li>Núcleo de Ajuste de Tensões<br />Diagrama de blocos<br />
Núcleo de Ajuste de Tensões<br />Implementado no DSP Builder/Simulink<br />
Núcleo de Ajuste de Tensões<br />Principais componentes<br /><ul><li>Unidades de Ajuste de Tensão – UAT
Responsáveis por estimar as tensões de saída do nó regulador;</li></li></ul><li>Núcleo de Ajuste de Tensões<br />Principai...
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  1. 1. Bancada e Circuito em FPGA para Teste e Validação de um Sistema de Regulação Remota Embarcado em um Regulador de Tensão de Redes de Distribuição<br />José Alberto Nicolau de Oliveira Manoel Firmino de Medeiros Jr André Luiz Abreu de Araújo<br />1<br />
  2. 2. Sumário<br /><ul><li>Principais objetivos do projeto
  3. 3. Formulação teórica
  4. 4. GUI para simulação trifásica
  5. 5. Projeto da plataforma de embarque
  6. 6. Núcleo de Ajuste de Tensões
  7. 7. Bancada de testes e Circuito de teste
  8. 8. Conclusões
  9. 9. Perspectivas futuras</li></li></ul><li>Principais objetivos do projeto<br /><ul><li>Desenvolver uma plataforma de hardware para embarque em reguladores de tensão;
  10. 10. Desenvolver um núcleo de propriedade intelectual para controle e ajuste de tensão em redes de distribuição de energia elétrica;
  11. 11. Implementar bancada de teste.</li></li></ul><li>Formulação teórica<br /><ul><li>Após várias análises de fluxo de carga, feitas em alimentadores reais, constatou-se que:
  12. 12. a variação na tensão de saída de um regulador se reflete linearmente para todos os nós a sua jusante para condições fixas de carga
  13. 13. para uma condição fixa de tapde um regulador, as tensões nos nós a sua jusante variam linearmente, para excursões de carregamento no intervalo usual da curva de carga diária</li></li></ul><li>Formulação teórica<br /><ul><li>A partir destas observações pode-se concluir que é viável controlar, em tempo real, a tensão de regulação, em qualquer ponto desejado, a partir do embarque dos coeficientes das funções que definem, para cada nó, essas linearizações</li></li></ul><li>Formulação teórica<br /><ul><li>Função que define, para cada nó a jusante do regulador, uma variação no ponto de regulação
  14. 14. - Tensão regulada no nó j.
  15. 15. - Tensão de saída do regulador.
  16. 16. - Fator de carregamento do nó j. </li></li></ul><li>Formulação teórica<br /><ul><li>Através da medição de tensão no TP do regulador pode-se estimar atensão no ponto de regulação:</li></ul> - Tensão de regulação no nó j anterior à variação<br /> - Tensão na saída do regulador anterior à variação<br /> - Tensão na saída do regulador após a variação<br />
  17. 17. Formulação teórica<br /><ul><li>Para validar o modelo, desenvolveu-se, no ambiente de programação do MatLab®
  18. 18. Inicialmente uma GUI para simular e avaliar o comportamento de reguladores monofásicos de tensão
  19. 19. Posteriormente uma GUI para simular e avaliar o comportamento de bancos reguladores trifásicos</li></li></ul><li>GUI para simulação trifásica<br />
  20. 20. Projeto da plataforma de embarque<br />
  21. 21. Núcleo de Ajuste de Tensões<br /><ul><li>O Núcleo de Ajuste de Tensões, principal módulo criado para a plataforma, executa os seguintes procedimentos:
  22. 22. Recebe através do barramento Avalon os dados gerados pelo microcontrolador, equivalentes aos valores eficazes das tensões amostradas nos TP;
  23. 23. Executa um algoritmo de ajustes de tensões e;
  24. 24. Envia como resultado, para a CPU NIOS, os valores de ajuste dos taps dos reguladores.</li></li></ul><li>Núcleo de Ajuste de Tensões<br />Algorítmo de ajuste implementado<br /><ul><li>Monitora as tensões dos TP até perceber uma variação superior a um degrau de tensão;
  25. 25. Calcula a tensão de saída do regulador para que a condição anterior à variação seja obtida e estima os degraus a elevar ou rebaixar;
  26. 26. Analisa o impacto que essa mudança causará no perfil de tensão do alimentador para só então enviar o comando de mudança de tap;
  27. 27. Redefine o perfil de tensão da rede.</li></li></ul><li>Núcleo de Ajuste de Tensões<br />Diagrama de blocos<br />
  28. 28. Núcleo de Ajuste de Tensões<br />Implementado no DSP Builder/Simulink<br />
  29. 29. Núcleo de Ajuste de Tensões<br />Principais componentes<br /><ul><li>Unidades de Ajuste de Tensão – UAT
  30. 30. Responsáveis por estimar as tensões de saída do nó regulador;</li></li></ul><li>Núcleo de Ajuste de Tensões<br />Principais componentes<br /><ul><li>Unidade de Cálculo das Tensões e Controle de Tap – UCT/UCTap
  31. 31. Responsáveis pelas mudanças de tap, pelas atualizações das tensões de saída do regulador, pelo acompanhamento das medições e pelo cálculo do perfil de tensão do alimentador</li></li></ul><li>Núcleo de Ajuste de Tensões<br />Unidade de ajuste da tensão<br />
  32. 32. Núcleo de Ajuste de Tensões<br />Unidade de Controle de tap<br />
  33. 33. Núcleo de Ajuste de Tensões<br />Observações relevantes<br /><ul><li>O uso de memórias ROM permitiu a leitura de arquivos de texto escrito no formato Intel HEX;
  34. 34. Tal fato possibilitou validar os resultados usando dados, de alimentadores reais, de perfil de tensão e de parâmetros de sensibilidade fidedignos, gerados pelo programa de análise de fluxo de cargas TOpReDE.</li></li></ul><li>Bancada de testes<br /><ul><li>Composição
  35. 35. Um regulador monofásico Toshiba, modelo TB-IR600
  36. 36. Um conjunto autotransformador e reator
  37. 37. Um varivolt para simular variações de tensão
  38. 38. E, um Circuito de teste
  39. 39. implementado com um microcontroladorPIC e um kit FPGA DK-Start – 3C25N da Altera</li></li></ul><li>Bancada de testes<br />
  40. 40. Bancada de testes<br />
  41. 41. Bancada de testes<br />Detalhes de ligações feitas ao regulador<br />Detalhe do autotransformador <br />
  42. 42. Circuito de teste<br />
  43. 43. Circuito de teste<br />- Circuito de entrada para cálculo do valor rms da tensão<br />
  44. 44. Circuito de teste<br />- Circuito para cálculo da tensão medida em p.u.<br />
  45. 45. Circuito de teste<br />- Circuitos de entrega da tensão medida em p.u.<br />
  46. 46. Conclusões<br /><ul><li>Pode-se prever e controlar, em tempo real, as tensões em qualquer nó de um alimentador, a jusante de um banco regulador usando apenas:
  47. 47. Amostras de tensões e;
  48. 48. Os parâmetros de sensibilidade que definem as derivadas parciais das tensões de cada nó em relação às tensões de saída do regulador
  49. 49. Como consequência é possível
  50. 50. Excluir o compensador de queda de linha do processo construtivos dos reguladores
  51. 51. Reduzir o no de reguladores por alimentador</li></li></ul><li>Perspectivas futuras<br /><ul><li>Obter financiamento para construção de um regulador cabeça de série com o módulo de ajuste de tensão embarcado
  52. 52. Transformar o módulo de ajuste de tensão desenvolvido em FPGA em um ASIC.</li></li></ul><li>Agradecimentos<br /><ul><li>A Companhia Energética do Rio Grande do Norte pelo apoio financeiro e pelo fornecimento de todas as informações que se fizeram necessárias durante a realização deste trabalho.
  53. 53. Obrigado!</li>

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