Estudo da ressonância de supraharmônicos em microrredes de geração distribuída

Abstract

Com a crescente adoção de conversores de potência em sistemas de energia, impulsionada pelo aumento do consumo energético e pelos investimentos em veículos elétricos e redes inteligentes, surgem distorções harmônicas e interferências eletromagnéticas na faixa de frequências de supraharmônicos. Esses fenômenos representam desafios técnicos significativos para a estabilidade e a qualidade do fornecimento de energia em redes de distribuição. Nesse contexto, este trabalho investigou a ocorrência e os efeitos da ressonância de supraharmônicos em microrredes de geração distribuída, considerando em especial a interação entre inversores de potência e linhas de transmissão modeladas com parâmetros distribuídos. A metodologia empregada baseou-se em simulações computacionais no ambiente LTspice, com a construção de circuitos equivalentes para representar diferentes cenários de impedância de rede. A análise contemplou a avaliação de formas de onda temporais, espectros obtidos por meio da Transformada Rápida de Fourier (FFT) e curvas de impedância de entrada derivadas de varreduras em frequência. Os resultados mostraram que, sob condições de alta impedância de carga, os efeitos ressonantes são mais intensos, com amplificação de componentes harmônicas e oscilações mais evidentes; enquanto sob baixa impedância, a fundamental predomina e os picos na FFT perdem proeminência apenas relativa, sem amortecimento intrínseco; as ressonâncias persistem (mínimos de impedância de entrada e agrupamentos perto da frequência de comutação). O cenário intermediário apresentou características equilibradas, com a ressonância ainda presente, mas de forma menos intensa do que no caso de alta impedância, refletindo condições mais próximas da realidade de redes elétricas. A comparação entre os modelos ideal e real do inversor também destacou a influência de não idealidades, como capacitâncias parasitas e resistências distribuídas, na localização e intensidade das frequências ressonantes. Conclui-se, portanto, que a ressonância de supraharmônicos constitui um fenômeno relevante para a análise da qualidade da energia em microrredes, sendo indispensável sua consideração em estudos técnicos e no desenvolvimento de estratégias de mitigação.

With the growing adoption of power converters in energy systems, driven by the increase in energy consumption and investments in electric vehicles and smart grids, harmonic distortions and electromagnetic interferences in the supraharmonic frequency range are becoming more frequent. These phenomena represent significant technical challenges to the stability and quality of power supply in distribution networks. In this context, this work investigated the occurrence and effects of supraharmonic resonance in distributed generation microgrids, focusing on the interaction between power inverters and transmission lines modeled with distributed parameters. The adopted methodology was based on computational simulations in the LTspice environment, with the development of equivalent circuits to represent different grid impedance scenarios. The analysis included the evaluation of time-domain waveforms, spectra obtained through the Fast Fourier Transform (FFT), and input impedance curves derived from frequency sweeps. The results showed that, under high grid impedance conditions, resonant effects are more pronounced, with amplified harmonic components and evident oscillations; whereas under low grid impedance, the opposite behavior was observed, with predominance of the fundamental component and strong damping of oscillations. The intermediate scenario presented balanced characteristics, with resonance still occurring, but less intense than in the high impedance condition, reflecting situations closer to those found in real networks. The comparison between ideal and real inverter models also highlighted the influence of non-idealities, such as parasitic capacitances and distributed resistances, on the location and intensity of resonant frequencies. It is concluded that supraharmonic resonance is a relevant phenomenon for power quality analysis in microgrids and should be considered in technical studies and the development of mitigation strategies.