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Desenvolvimento de um coprocessador de qualidade de energia padrão classe A baseado em processadores embarcados em FPGA
The increasing use of non-linear loads connected to the electric power system and
the increase in the insertion of distributed generation, contribute to a possible worsening
of the Electric Power Quality (QEE) levels and to the appearance of disturbances, capable
of damaging equipment connected to the network. In order to mitigate the economic
losses caused by this type of occurrence and meet the requirements for improving QEE
by regulatory agencies, the study and development of devices and technologies capable of
monitoring and storing QEE indicator parameters is increasing. When evaluating them,
it is possible not only to categorize and identify the possible sources of disturbances,
but also, according to the number of installed monitors, to obtain an overview of the
functioning of the system. Among the technologies available in the market, the Field
Programmable Gate Array (FPGA), due to its high reconfigurability and parallelism, has
been increasingly used in this type of application. In view of the described scenario, the
present work presents the implementation of a system for calculating parameters for QEE
indicators, based on the use of parallel processors embedded in FPGA. The algorithms
implemented in each processor follow the guidelines described by IEC 61000-4-30, for class
A devices. To validate the proposed system, functional simulation tests were performed,
using the Intel® ModelSim® software, and more practical tests, with the project recorded
and actually running within the FPGA. For this, the DE10-Nano development kit was
used, which ships an FPGA belonging to the Intel® manufacturer’s Cyclone V family. In
all tests performed, the results showed good accuracy and met the requirements required
by the adopted standard.A utilização cada vez maior de cargas não lineares conectadas ao sistema elétrico
de potência e o aumento na inserção de geração distribuÃda, contribuem para uma possÃvel
piora dos nÃveis de Qualidade da Energia Elétrica (QEE) e para o surgimento de distúrbios,
capazes de danificar equipamentos conectados à rede. Com o intuito de mitigar os prejuÃzos
econômicos causados por este tipo de ocorrência e atender as exigências de melhora de
QEE pelas agências reguladoras, o estudo e desenvolvimento de dispositivos e tecnologias
capazes de monitorar e armazenar parâmetros indicadores de QEE é cada vez maior. Ao
avaliá-los, é possÃvel não apenas categorizar e identificar as possÃveis fontes dos distúrbios,
mas também, de acordo com o número de monitores instalados, obter uma visão geral
do funcionamento do sistema. Dentre as tecnologias disponÃveis no mercado, o Arranjo
de Portas Programáveis em Campo (do inglês, Field Programmable Gate Array)(FPGA),
devido a sua alta reconfigurabilidade e paralelismo, vem sendo cada vez mais utilizado
neste tipo de aplicação. Tendo em vista o cenário descrito, o presente trabalho apresenta
a implementação de um sistema de cálculo de parâmetros indicadores de QEE, a partir da
utilização de processadores paralelos embarcados em FPGA. Os algoritmos implementados
em cada processador seguem as diretrizes descritas pela norma IEC 61000-4-30, para
dispositivos classe A. Para validação do sistema proposto foram feitos testes de simulação
funcional, a partir do software ModelSim® , da fabricante Intel® , e testes de teor mais
prático, com o projeto gravado e em execução de fato dentro do FPGA. Para tal, foi
utilizado o kit de desenvolvimento DE10-Nano, o qual embarca um FPGA pertencente
à famÃlia Cyclone V, da fabricante Intel® . Em todos os testes executados, os resultados
apresentaram boa precisão e atenderam aos requisitos exigidos pela norma adotada.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de NÃvel Superio