A eletrónica de potência e a microeletrónica são duas áreas que desenvolvem tecnologia importante para a vida das pessoas, possibilitando o acesso a equipamentos com grande utilidade e ao mesmo tempo sofisticados, permitindo que haja uma diminuição de custos. Um problema que pode advir desses mesmos equipamentos é o desafio que criam para a manutenção da qualidade no fornecimento da energia elétrica. Diz-se que há um problema na qualidade da energia elétrica quando existe alguma anormalidade na tensão, corrente ou frequência resultam numa quebra de serviço ou mau funcionamento do equipamento do consumidor [1] [2].

Atualmente, associados aos problemas da eletrónica de potência está o elevado uso de semicondutores nos mais diversos dispositivos utilizados na indústria e em consumo doméstico, que vão desde variadores de frequência a computadores. O uso de semicondutores permite, assim, obter soluções económicas e credíveis para o uso de energia. Por outro lado, a presença de semiconductores introduz a não-linearidade no consumo de energia, o que contamina as formas de onda da corrente e tensão no ponto de acoplação comum (PCC - Point of Commom Coupling). Uma vez que atualmente o número deste tipo de dispositivos é bastante elevado, o seu efeito na rede pode ser catastrófico, indo desde motores prematuramente avariados até ao mau funcionamento de cargas mais sensíveis [3].

Existem duas abordagens possíveis na resolução dos problemas de qualidade de energia elétrica referidos. A primeira é chamada de condicionamento da carga, que assegura que as cargas são menos sensíveis a perturbações. A segunda abordagem consiste na instalação de sistemas de condicionamento que contrariam, ou eliminam mesmo, as perturbações do sistema. Focando na instalação de sistemas de condicionamento, os filtros ativos de potência (FAP) têm tido uma crescente importância. Dependendo das aplicações ou problemas, a tipologia dos FAP diferencia-se, podendo estes ser paralelos, em série, ou uma combinação dos dois. Nesta dissertação, o estudo irá focar-se apenas nos filtros ativos paralelos.

Os filtros ativos paralelos são capazes de corrigir correntes com harmónicos, injetando uma corrente de compensação de igual amplitude mas oposta. Este tipo de filtro ativo pode ainda corrigir o fator de potência [4]. Com este tipo de correções/compensações a rede vê o conjunto composto pela carga não linear e o FAP como sendo uma resistência. Uma das características mais interessantes dos filtros ativos paralelos é que não necessita de uma fonte de energia (como baterias), ou seja, não consome qualquer potência ativa fornecida pela fonte [5].

As teorias de controlo que podem ser implementadas nos FAP encontram-se divididas em dois grupos: as que funcionam no domínio dos tempos e as que funcionam no domínio das frequências. Relativamente ao domínio dos tempos, a teoria de controlo mais conhecida é a teoria p-q proposta por Akagi et al em 1983 e permite a determinação das correntes de compensação a injetar no sistema [6]. O controlador opera no domínio dos tempos e não exige um poder de processamento muito elevado. Segundo Akagi, uma vez calculadas as potências instantâneas, é apenas necessário separar a componente média da potência ativa instantânea e determinar assim as correntes de compensação [2].

A teoria de controlo que funciona com base no domínio das frequências recorre às transformadas de Fourier para o tratamento de dados. Esta transformação matemática é utilizada em tempo discreto e determina a amplitude e fase de cada harmónico. Controlar o FAP no domínio das frequências não é uma prática comum devido ao elevado esforço computacional que envolve, embora se possa utilizar a FFT (Fast Fourrier Transform) para substituir a DFT (Discret Fourier Transform), reduzindo assim o número total de cálculos. A aplicação deste tipo de filtragem envolve ainda o armazenamento de pelo menos um ciclo da frequência mais baixa de interesse com uma frequência de amostragem de pelo menos o dobro da frequência mais alta a ser analisada. Para além disso, só pode ser aplicada em sinais periódicos estáveis, caso contrário, o sinal de saída terá erros a nível de fase e amplitude [7].

Apesar das desvantagens apresentadas pela teoria de controlo no domínio das frequências em comparação com o domínio dos tempos, esta apresenta uma vantagem considerável: torna possível selecionar as frequências em que o FAP compensa os harmónicos, ou seja, teoricamente é possível gerar as correntes de compensação ideais para os harmónicos, uma vez que se podem anular todas as frequências indesejadas [7].

            Nesta dissertação pretende-se realizar a implementação de um FAP monofásico utilizando uma teoria de controlo no domínio dos tempos e uma outra no domínio das frequências. O objetivo da aplicação de ambas as teorias de controlo passa pelo estudo que a existência de problemas de ressonância têm nos FAP. Por vezes acontece que as correntes injetadas pelo filtro ativo são próximas da frequência de ressonância do sistema, o que pode tornar o sistema instável e diminuir a eficácia e até utilidade do FAP [8]. Pondo de parte a solução do problema que passa pela alteração dos sistema elétrico onde está inserido o FAP, fica a alternativa da mudança na teoria de controlo de maneira a tentar fazer com que o filtro ativo não injete componentes que façam com que o sistema entre em ressonância. Ou seja, pretende-se colocar ao FAP um problema quando controlado no domínio dos tempos, e controlá‑lo no domínio das frequências.

O facto deste problema se tratar de um problema real que pode afetar diversos sistemas domésticos e até indústrias (em sistemas trifásicos) são as motivações para a realização desta dissertação.