Ferramenta para Sincronismo de Gerador Síncrono com a Rede Elétrica Empregando PLL Monofásico Embarcado em FPGA

Abstract

Este trabalho aborda o desenvolvimento, a simulação e a implementação de um sistema automático para realizar o paralelismo entre gerador e a rede elétrica, além do estudo para realizar o controle de transferência de potência ativa. A técnica utilizada estima o ângulo de fase e a frequência das tensões com um circuito PLL monofásico baseado na teoria da potência instantânea. Estes parâmetros são empregados no controle de velocidade do gerador e, por consequência, da frequência e da fase da tensão gerada, ajustando os parâmetros elétricos para a realização do sincronismo e do controle de fluxo de potência ativa. Os resultados foram obtidos a partir da simulação, da validação e da implementação da técnica realizada em VHDL e embarcada em FPGA. Os resultados experimentais foram aplicados a um grupo gerador formado por um motor a diesel monocilindro acoplado a um gerador trifásico auto excitável composto. Para realizar a aceleração do motor a diesel, utilizou-se um atuador eletromecânico composto por um motor CC com caixa de redução. Apesar da técnica ter se mostrado satisfatória para a realização do sincronismo de geradores síncronos acionados por motores diesel, os dispositivos empregados nos testes experimentais não foram ideais para que o sincronismo do sistema com a rede elétrica fosse alcançado.

This work presents the development, simulation and implementation of an automated system to perform parallelism between the electrical generator and the grid, and also the control of active power flow. The technique estimates the phase angle and frequency of the voltages through a PLL circuit based on three-phase instantaneous power theory. These parameters are used to control the speed of the generator hence and the frequency and phase of the voltage generated, adjusting these electrical parameters to perform the synchronization with the grid and to provide the control of active power flow. The results were obtained with the simulation, validation and implementation of the technique performed in VHDL embedded in FPGA. The experimental results were applied to an engine-generator consisting of a single cylinder diesel engine coupled to a self-excited compound three-phase synchronous generator. To adjust the diesel engine governor position an electromechanical actuator composed by a DC motor with reduction gear was used. Although the technique have been shown satisfactory results to perform the synchronization of synchronous generator powered by diesel engines, the devices used at experimental tests were not suitable to reach the synchronism of the system with the grid.