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Escuela Superior Politécnica del Litoral Facultad de Ingeniería Eléctrica y Computación Tesina de Seminario de Graduación DISEÑO Y SIMULACIÓN DEL CONTROL DE UN FILTRO ACTIVO DE POTENCIA PARALELO TRIFÁSICO Presentado Por: Alexis Yanira Muñoz Jadán Patricia Isabel Pasmay Bohórquez Previo a la obtención del Título INGENIERO EN ELECTRICIDAD ESPECIALIZACIÓN ELECTRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL 2012

Escuela Superior Polit écnica del Litoral

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Escuela Superior Polit écnica del Litoral. Tesina de Seminario de Graduación. DISEÑO Y SIMULACIÓN DEL CONTROL DE UN FILTRO ACTIVO DE POTENCIA PARALELO TRIFÁSICO. Presentado Por :. Patricia Isabel Pasmay Bohórquez. Alexis Yanira Muñoz Jadán. Previo a la obtención del Título. - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Escuela Superior Politécnica del Litoral

Facultad de Ingeniería Eléctrica y Computación

Tesina de Seminario de Graduación

DISEÑO Y SIMULACIÓN DEL CONTROL DE UN FILTRO ACTIVO DE POTENCIA PARALELO TRIFÁSICO

Presentado Por:

Alexis Yanira Muñoz Jadán Patricia Isabel Pasmay Bohórquez

Previo a la obtención del Título

INGENIERO EN ELECTRICIDAD ESPECIALIZACIÓN ELECTRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

2012

Page 2: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

IntroducciónLa principal causa del

deterioro de la calidad de suministro eléctrico, lo constituye el incremento de instalación de cargas no lineales, tales como:

Variador d

e Velocidad

Lámparas de Descarga

Page 3: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Éstas cargas no lineales producen armónicos que pueden causar la distorsión de la señal de corriente o de voltaje de la red de suministro eléctrico.

Lo cual causa daños o un malfuncionamiento de equipos eléctricos sensibles que se conectan a la red.

Efecto de los Armónicos en la Fundamental

Introducción

Page 4: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Solución??

Page 5: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Actualmente, los Filtros Activos de Potencia (FAP) Paralelo Trifásico se presentan como una alternativa de solución ante el problema de los armónicos de corriente.

Filtro Activo de Potencia Paralelo

Trifásico

Solución

Page 6: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Diseño y simulación del control de un filtro activo de potencia paralelo trifásico para la compensación de armónicos de corriente.

Objetivo General:

Objetivos

Page 7: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Seleccionar la topología y los parámetros del filtro activo de potencia paralelo trifásico.

Diseñar la estrategia de control existente bajo diferentes condiciones de operación.

Simular el filtro activo utilizando Matlab-Simulink, para la validación del control del sistema.

Objetivos Específicos:

Page 8: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

¿Qué es un filtro activo de potencia paralelo trifásico?

Dispositivo basado en electrónica de potencia que inyecta armónicos de corriente en un punto de conexión común (PCC) con un desfase de 180º.

Carga NoLineal

PCC

iils

Inversor

Fuente

i f

DCV

Acondicionamiento de señal

Controlador

Modulador

Diagrama de bloques de un FAP

Page 9: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Topología de un filtro activo de potencia paralelo trifásico

Modelo General del filtro activo de potencia paralelo trifásico

Page 10: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Formado por dos etapas:

La etapa de potencia y la etapa de control. Continuous

powergui

3

V_ grid

1

V_ DC

PLL 3

I _ Filtro

[V_grid]

[V_DC]

[Is_abc]

[V_Conv ]

[I_Filtro]

[Theta]

[I_Lh]S_M G

Generador de Pulsos

I_Lh IF_h_Ref

Generador de Corriente de Referencia

[I_Lh]

[V_DC]

[V_grid]

[V_Conv]

[I_Filtro]

[I_Lh]

[V_DC]

[I_Filtro]

[Is_abc]

G

Vconv

I_L+h

Is_abc

Etapa de Potencia

V_dc

Vdc_refIc_ref

Controlador de Voltaje

IF

IL_h_ref

Ic_ref

m

Controlador de Corriente

Vdc_ref

I_FiltroI_red(A)

I_Filtro(A)

IL_Carga(A)

V_DC

V_grid

I_Filtro

V_Grid(V)

V_Conv(V)

V_DC(V)

Etapa de Potencia

Etapa de Control

Topología de un filtro activo de potencia paralelo trifásico

Page 11: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Etapa de Potencia:

Realiza la correcta compensación a la red, inyectando corriente en el punto PCC, esto lo logra mediante un sistema de control que garantiza que las corrientes inyectadas sigan la señal de referencia.

Carga NoLineal

PCC

iils

Inversor

Fuente

i f

DCV

Acondicionamiento de señal

Controlador

Modulador

Page 12: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Red Trifásica

Inversor

Enlace DC

Impedancia de Enlace con la Red

El circuito lo constituye:

Etapa de Potencia:

Page 13: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Modelo de Simulink de la Etapa de Potencia

Page 14: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

El suministro eléctrico

red trifásica de 120[Vrms].

4

C

3

B

2

A

1 N

w

w

w

cos

cos

cos

s

- +

s

- +

s

- +

fase3

fase2

fase1

wt

wt

wt

Red de Suministro Eléctrico

)(* wtCosVVgrid

Page 15: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

ppgridDC VV _

2DC

convan

VmVV

][170 pan VV

][400 VVDC

Donde, , voltaje de salida del convertidor.

El voltaje DC del filtro se obtuvo a partir de la ecuación:

Con estos valores obtenemos que :

Determinación del Voltaje del Enlace DC

Para la selección del voltaje se ha considerado lo siguiente:

][340_ ppppgrid VV

Sabiendo que:

, índice de modulación.85.0m

Page 16: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Inversor Trifásico

Es un inversor alimentado por voltaje (Voltage Source Inverter, VSI), de cuatro ramales e interruptores controlados por un generador de pulsos.

Page 17: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Comparador de señal modulante con la señal portadora

Modulación por Ancho de Pulso Sinusoidal, SPWM (Sinusoidal, Pulse Width Modulation)

Esta técnica consiste en generar pulsos de frecuencia determinados y hacer variar el ciclo de trabajo.

Ciclo de Trabajo Señal Portadora

1

G

m

0

Vn

Señales de Disparo

>=

>=

>=

>=

Portadora

NOT

NOT

NOT

NOT

1

S_M

Vb

Vc

Va

Generador de Pulsos

Page 18: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Generador de Pulsos

(a) Gráfico de la señal modulante Vsin y la portadora Vtri. ,

(b) Diferencia entre Vsin y Vtri,

(c) Diferencia entre -Vsin y Vtri

-1

-0.5

0

0.5

1Vsin,-Vsin,Vtri

0

0.5

1Pulsos Vsin>Vtri

0.05 0.052 0.054 0.056 0.058 0.06 0.062 0.064 0.0660

0.5

1

Time (sec)

(b)

(c)

(a)

Pulsos Vsin>Vtri

El propósito de utilizar la técnica SPWM, es debido a que la señal de corriente generada por el filtro se ajusta de mejor manera a los armónicos que generan la cargas no lineales, permitiendo así su compensación.

Page 19: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

6

ZR_A

5

ZR_B

4

ZR_C

3

ZC_C

2

ZC_B

1

ZC_A

RLc

RLb

RLa

Impedancia de Enlace con la Red

Es el filtro inductivo que se coloca entre el inversor alimentado por voltaje (VSI) y la red de distribución de suministro.

Page 20: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

La inductancia fue escogida bajo el criterio [1]

][3125.2 mHL

Donde,

es la amplitud de la señal portadora.

fs=40[KHz], es la frecuencia de conmutación del inversor.

Voltaje de Salida del Convertidor

Voltaje de referencia de almacenamiento del capacitor.

s

DCan

fVV

L45.0

anV

DCV

Valor de a la inductancia:

Impedancia de Enlace con la Red

Page 21: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Capacitor de Enlace DC

Page 22: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Fija voltaje en el Enlace DC limitando sus variaciones y provee energía durante los transientes.

2

1minmax )(

1t

t

dtticC

V

Función

Para encontrar el capacitor, partimos de la ecuación del voltaje del capacitor

Donde al despejar el capacitor tenemos que:

2

1maxmin )(

1t

t

dtticV

C

Capacitor de Enlace DC

Page 23: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

El capacitor fue hallado de manera gráfica, y sabiendo que la integral de una función, es igual al área bajo la curva, tenemos que:

hbV

C *1

maxmin

V Vdc

Donde,

La base (b), es igual al tiempo de carga.

La altura (h), es igual a la amplitud de la corriente del capacitor y es igual al 1% del

Capacitor de Enlace DC

Page 24: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

0.4782 0.4782 0.4782 0.4782 0.4782 0.4782 0.4783 0.4783 0.4783 0.4783 0.4783

0

50

100

150

200

250

Time (sec)

ISource

][78.520 uFC

Aplicando la fórmula final y mediante el análisis de la gráfica tenemos que:

.

Gráfica de la corriente del capacitor.

Capacitor de Enlace DC

Page 25: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Principios de Operación:

Carga NoLineal

PCC

iils

Inversor

Fuente

i f

DCV

Acondicionamiento de señal

Controlador

Modulador

La compensación de armónicos de corriente se logra, inyectando igual pero opuestos componentes armónicos de corriente de la carga en el PCC, cancelando así la distorsión original.

Lhf ii

LhLL iii 60

Lfs iii

LhLLhs iiii 60

60Ls ii

De lo cual se obtiene que:

Etapa de Control:

Page 26: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Partes del Sistema de Control

Generador de corriente de referencia

Lazo de control de corriente

Lazo de control de tensión DCContinuous

powergui

3

V_ grid

1

V_ DC

PLL 3

I _ Filtro

[V_grid]

[V_DC]

[Is_abc]

[V_Conv ]

[I_Filtro]

[Theta]

[I_Lh]S_M G

Generador de Pulsos

I_Lh IF_h_Ref

Generador de Corriente de Referencia

[I_Lh]

[V_DC]

[V_grid]

[V_Conv]

[I_Filtro]

[I_Lh]

[V_DC]

[I_Filtro]

[Is_abc]

G

Vconv

I_L+h

Is_abc

Etapa de Potencia

V_dc

Vdc_refIc_ref

Controlador de Voltaje

IF

IL_h_ref

Ic_ref

m

Controlador de Corriente

Vdc_ref

I_FiltroI_red(A)

I_Filtro(A)

IL_Carga(A)

V_DC

V_grid

I_Filtro

V_Grid(V)

V_Conv(V)

V_DC(V)

Page 27: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Referencia Real_ Filtro Notch

1

IF_h_Ref

Selector

FPB

FPB

FPB

If_h_ref_ideal

Bloque de referencia Ideal

1

I_Lh

I_h_abc_ideal

I_h_abc

I_L+h_a I_h_a

I_L+h_b

I_L+h_c

I_h_b

I_h_c

Generador de Corriente de ReferenciaContinuous

powergui

3

V_ grid

1

V_ DC

PLL 3

I _ Filtro

[V_grid]

[V_DC]

[Is_abc]

[V_Conv ]

[I_Filtro]

[Theta]

[I_Lh]S_M G

Generador de Pulsos

I_Lh IF_h_Ref

Generador de Corriente de Referencia

[I_Lh]

[V_DC]

[V_grid]

[V_Conv]

[I_Filtro]

[I_Lh]

[V_DC]

[I_Filtro]

[Is_abc]

G

Vconv

I_L+h

Is_abc

Etapa de Potencia

V_dc

Vdc_refIc_ref

Controlador de Voltaje

IF

IL_h_ref

Ic_ref

m

Controlador de Corriente

Vdc_ref

I_FiltroI_red(A)

I_Filtro(A)

IL_Carga(A)

V_DC

V_grid

I_Filtro

V_Grid(V)

V_Conv(V)

V_DC(V)

La corriente de referencia se obtiene mediante el filtro Notch.

Page 28: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Generador de Corriente de Referencia

Filtro Notch

Función:Permite el paso de

todas las señales, excepto la designada.

Page 29: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Controlador de Corriente

Permite seguir la señal de referencia de la corriente que va a compensar los armónicos de la carga.

Importante

Page 30: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Bloque de Referencia

Bloque de medidas

Visualización entre señal de referencia y la planta

Lazo de Corriente Señal Moduladora

(a) (b) (c)

1m

Theta

dq0

abc

dq0/abc

Theta

abc

dq0

abc/dq01

Theta

abc

dq0

abc/dq0

PLL

XL

XL

[IF_h_0_Ref]

[Vconv_q_Ref]

[Vconv_0_Ref]

[Vconv_d_Ref]

[IF_q]

[Theta]

[IF_d]

[IF_h_q_Ref]

[IF_0]

[IF_h_d_Ref]

1/Vdc[Vconv_d_Ref]

[IF_q]

[IF_d]

[IF_q]

[IF_d]

[Theta]

[IF_h_q_Ref]

[IF_h_d_Ref]

[IF_0]

[Theta]

[IF_h_0_Ref]

[Vconv_0_Ref]

[IF_0]

[IF_h_0_Ref]

[Vconv_q_Ref]

[IF_h_q_Ref]

[IF_h_d_Ref]

[Theta]

Gcif

Gcif

Gcif

3

Ic_ref

2

IL_h_ref

1

IFIF

IF_dq

IL_h

IL_h_dqIL_h_dq

IF_q(A), If _h_q_ref (A)

IF_d(A), If _h_d_ref (A)

IF_q

IF_d

IF_d

IF_q

IF_0

If _h_d_Ref

IF_0

IF_0(A), If _h_0_ref (A)IF_0(A), If _h_0_ref (A)

Ic_ref

If _q_d_Ref

If _h_d_Refm

m_Sat

Bloque de Referencia

Bloque de medidas

Visualización entre señal de referencia y la planta

Lazo de Corriente Señal Moduladora

(a) (b) (c)

1m

Theta

dq0

abc

dq0/abc

Theta

abc

dq0

abc/dq01

Theta

abc

dq0

abc/dq0

PLL

XL

XL

[IF_h_0_Ref]

[Vconv_q_Ref]

[Vconv_0_Ref]

[Vconv_d_Ref]

[IF_q]

[Theta]

[IF_d]

[IF_h_q_Ref]

[IF_0]

[IF_h_d_Ref]

1/Vdc[Vconv_d_Ref]

[IF_q]

[IF_d]

[IF_q]

[IF_d]

[Theta]

[IF_h_q_Ref]

[IF_h_d_Ref]

[IF_0]

[Theta]

[IF_h_0_Ref]

[Vconv_0_Ref]

[IF_0]

[IF_h_0_Ref]

[Vconv_q_Ref]

[IF_h_q_Ref]

[IF_h_d_Ref]

[Theta]

Gcif

Gcif

Gcif

3

Ic_ref

2

IL_h_ref

1

IFIF

IF_dq

IL_h

IL_h_dqIL_h_dq

IF_q(A), If _h_q_ref (A)

IF_d(A), If _h_d_ref (A)

IF_q

IF_d

IF_d

IF_q

IF_0

If _h_d_Ref

IF_0

IF_0(A), If _h_0_ref (A)IF_0(A), If _h_0_ref (A)

Ic_ref

If _q_d_Ref

If _h_d_Ref m

m_Sat

Controlador de Corriente

Page 31: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Bloque de Referencia

Bloque de medidas

Visualización entre señal de referencia y la planta

Lazo de Corriente Señal Moduladora

(a) (b) (c)

1m

Theta

dq0

abc

dq0/abc

Theta

abc

dq0

abc/dq01

Theta

abc

dq0

abc/dq0

PLL

XL

XL

[IF_h_0_Ref]

[Vconv_q_Ref]

[Vconv_0_Ref]

[Vconv_d_Ref]

[IF_q]

[Theta]

[IF_d]

[IF_h_q_Ref]

[IF_0]

[IF_h_d_Ref]

1/Vdc[Vconv_d_Ref]

[IF_q]

[IF_d]

[IF_q]

[IF_d]

[Theta]

[IF_h_q_Ref]

[IF_h_d_Ref]

[IF_0]

[Theta]

[IF_h_0_Ref]

[Vconv_0_Ref]

[IF_0]

[IF_h_0_Ref]

[Vconv_q_Ref]

[IF_h_q_Ref]

[IF_h_d_Ref]

[Theta]

Gcif

Gcif

Gcif

3

Ic_ref

2

IL_h_ref

1

IFIF

IF_dq

IL_h

IL_h_dqIL_h_dq

IF_q(A), If _h_q_ref (A)

IF_d(A), If _h_d_ref (A)

IF_q

IF_d

IF_d

IF_q

IF_0

If _h_d_Ref

IF_0

IF_0(A), If _h_0_ref (A)IF_0(A), If _h_0_ref (A)

Ic_ref

If _q_d_Ref

If _h_d_Ref m

m_Sat

Controlador de Corriente

Page 32: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Controlador de Corriente

El controlador de corriente tiene la siguiente función de transferencia. sse

essGc

25-069.1

59275.312.58)(

Utilizando la técnica del factor K:

RLSsVd

sIdsGp

1

)(

)()(

Función de Transferencia de la Planta.

Page 33: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Controlador de Voltaje

Se debe suministrar al inversor potencia activa necesaria para mantener el voltaje DC constante y suplir las pérdidas de conmutación

Importante

Page 34: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Controlador de Voltaje

Page 35: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

1

Ic_ref

u2

u2

cap/2

cap/2 -Gcvf2

Vdc_ref

1

V_dc

Controlador de Voltaje

El controlador de corriente tiene la siguiente función de transferencia.

Utilizando la técnica del factor K:

Función de Transferencia de la Planta.

s

Vgrid

sI

sEGpv

fd

DC

2

3

)(

)(

ss

sGcvf

2.0042650

148.42464.0

Page 36: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Diagrama de Control

Page 37: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Análisis de los Sags y SwellsEl análisis de los sags y swells, fue basado en casos extremos, donde sus parámetros fueron determinados en base a la información [15], la cual se presenta en la tabla II.

Categor

ía

Momentáneo Instantáneo Temporal

Sag 0.1-0.9 pu, 0.5-30

ciclos

0.1-0.9 pu, 30 ciclos-

3s

0.1-0.9 pu, 3s-1min

Swell 1.1-1.8pu, 0.5-30

ciclos

1.1-1.4pu, 30 ciclos-3s 1.1-1.2pu, 3s-1min

Pruebas del Sistema

Page 38: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Voltaje de la red, convertidor y del capacitor respectivamente ante la variación del sag al 10%.

Simulación de un Sag al 10%

-200

-100

0

100

200V_Grid(V)

-300

-200

-100

0

100

200

300V_Conv(V)

0.185 0.19 0.195 0.2 0.205 0.21 0.215 0.22 0.225 0.23 0.235398

399

400

401

Time (sec)

V_DC(V)

Page 39: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Corriente del FAP, la red y la carga respectivamente ante la variación del sag al 10%.

Simulación de un Sag al 10%

-5

0

5

I_Filtro(A)

-20

-10

0

10

20

I_red(A)

0.185 0.19 0.195 0.2 0.205 0.21 0.215 0.22 0.225 0.23 0.235-20

-10

0

10

20

Time (sec)

IL_Carga(A)

Page 40: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Simulación de un Sag al 90%

Voltaje de la red, convertidor y del capacitor respectivamente ante la variación del sag al 90%.

-200

-100

0

100

200V_Grid(V)

-200

-100

0

100

200

V_Conv(V)

0.185 0.19 0.195 0.2 0.205 0.21 0.215 0.22 0.225 0.23 0.235398

399

400

401

402

403

Time (sec)

V_DC(V)

Page 41: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Simulación de un Sag al 90%

Corriente del FAP, la red y la carga respectivamente ante la variación del sag al 90%.

-10

-5

0

5

10

15I_Filtro(A)

-30

-20

-10

0

10

20

30I_red(A)

0.185 0.19 0.195 0.2 0.205 0.21 0.215 0.22 0.225 0.23 0.235-20

-10

0

10

20

Time (sec)

IL_Carga(A)

Page 42: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Simulación de un Swell al 5%

Voltaje de la red, convertidor y del capacitor respectivamente

ante la variación del swell al 5%

-200

-100

0

100

200V_Grid(V)

-200

-100

0

100

200V_Conv(V)

0.185 0.19 0.195 0.2 0.205 0.21 0.215 0.22 0.225 0.23 0.235398

399

400

401

Time (sec)

V_DC(V)

Page 43: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Corriente del FAP, la red y la carga respectivamente ante la variación del swell al 5%

Simulación de un Swell al 5%

-5

0

5

I_Filtro(A)

-20

-10

0

10

20

I_red(A)

0.185 0.19 0.195 0.2 0.205 0.21 0.215 0.22 0.225 0.23 0.235-20

-10

0

10

20

Time (sec)

IL_Carga(A)

Page 44: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Simulación de un Swell > 5%

Voltaje de la red, convertidor y del capacitor respectivamente ante la variación del swell al1 5%

-200

-100

0

100

200V_Grid(V)

-300

-200

-100

0

100

200

300V_Conv(V)

0.185 0.19 0.195 0.2 0.205 0.21 0.215 0.22 0.225 0.23 0.235

396

398

400

402

404

406

Time (sec)

V_DC(V)

Page 45: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Corriente del FAP, la red y la carga respectivamente ante la variación del swell al 15%

Simulación de un Swell > 5%

-20

-10

0

10

20I_Filtro(A)

-20

0

20

I_red(A)

0.185 0.19 0.195 0.2 0.205 0.21 0.215 0.22 0.225 0.23 0.235-20

-10

0

10

20

Time (sec)

IL_Carga(A)

Page 46: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Prueba de Cargas No Lineales con Contenido Armónico de Tercer y

Quinto orden.

Amplitud

Ired[A]

3er

Armónico

23% Ired

5to Armónico

11% Ired

Filtro Notch

THDi(%)

Bloque Referencia

Ideal

THDi (%)

5 1.15 0.55 2.16 0.95

10 2.3 1.1 1.67 0.95

15 3.45 1.65 1.55 0.76

20 4.6 2.2 1.52 0.68

25 5.75 2.75 1.50 0.65

30 6.9 3.3 1.51 0.87

35 8.05 3.85 2.99 3.17

40 9.2 4.4 6.19 6.19

45 10.35 4.95 8.83 9.45

50 11.25 5.5 11.50 12.00

PROMEDIO 3.94% 3.567%

Tabla III Análisis Comparativo

Page 47: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Corriente del FAP, la red y la carga respectivamente sin FAP

Simulación de una carga No Lineal conectada a la red, sin el uso del Filtro Activo de Potencia

Paralelo Trifásico.

-1

-0.5

0

0.5

1I_Filtro(A)

-40

-20

0

20

40I_red(A)

0.2 0.202 0.204 0.206 0.208 0.21 0.212 0.214 0.216 0.218 0.22-40

-20

0

20

40

Time (sec)

IL_Carga(A)

Page 48: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Análisis FFT

Simulación de una carga No Lineal conectada a la red, sin el uso del Filtro Activo de Potencia Paralelo Trifásico.

0.2 0.21 0.22 0.23 0.24

-20

0

20

Ired (A)

Time (s)

0 50 100 150 200 250 300 350 4000

5

10

15

20

25

Frequency (Hz)

FFT IredIred (60Hz) = 35 , THD= 25.50%

Mag (

% o

f F

undam

enta

l)

Page 49: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Corriente del FAP, la red y la carga respectivamente

Simulación de una carga No Lineal conectada a la red, utilizando el Filtro Activo de Potencia Paralelo Trifásico.

-20

-10

0

10

20

I_Filtro(A)

-40

-20

0

20

40I_red(A)

0.2 0.202 0.204 0.206 0.208 0.21 0.212 0.214 0.216 0.218 0.22-40

-20

0

20

40

Time (sec)

IL_Carga(A)

Page 50: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Análisis FFT

Simulación de una carga No Lineal conectada a la red, utilizando el Filtro Activo de Potencia Paralelo Trifásico.

0.2 0.21 0.22 0.23 0.24

-20

0

20

Ired (A)

Time (s)

0 50 100 150 200 250 300 350 4000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

Frequency (Hz)

FFT IredIred (60Hz) = 34.97 , THD= 3.29%

Mag (

% o

f F

undam

enta

l)

Page 51: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Voltaje de la red, convertidor y voltaje DC respectivamente.

Simulación del Funcionamiento del Filtro Activo de Potencia Paralelo Trifásico ante una carga Lineal y una

No Lineal conectada a la red.

-100

0

100

V_Grid(V)

-100

0

100

200V_Conv(V)

0.216 0.218 0.22 0.222 0.224 0.226 0.228 0.23 0.232 0.234398

398.5

399

399.5

400

400.5

Time (sec)

V_DC(V)

Page 52: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Corriente del filtro, de la red y de la carga, respectivamente

Simulación del Funcionamiento del Filtro Activo de Potencia Paralelo Trifásico ante una carga Lineal y

una No Lineal conectada a la red.

-15

-10

-5

0

5

10

15I_Filtro(A)

-15

-10

-5

0

5

10

15I_red(A)

0.216 0.218 0.22 0.222 0.224 0.226 0.228 0.23 0.232 0.234-10

-5

0

5

10

Time (sec)

IL_Carga(A)

Page 53: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Corrientes de referencia y reales, en el eje d.q.0, respectivamente

Simulación del Funcionamiento del Filtro Activo de Potencia Paralelo Trifásico ante una carga Lineal y

una No Lineal conectada a la red.

-4

-2

0

2IF_d(A), If_h_d_ref(A)

-15

-10

-5

0

5IF_q(A), If_h_q_ref(A)

0.216 0.218 0.22 0.222 0.224 0.226 0.228 0.23 0.232 0.234-3

-2

-1

0

1

2

3

Time (sec)

IF_0(A), If_h_0_ref(A)

Page 54: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

1. Los armónicos de corriente provenientes de las cargas no lineales fueron compensadas y es el resultado del uso del FAP paralelo trifásico. Esto lo verificamos al medir el THDi, donde su valor utilizando el filtro Notch, THDi=3.94% y con el bloque de referencia ideal, THDi=3.567%; se encuentran dentro del rango que permite la norma IEEE-519.

2. Ante un sag del 10% y 90%, con el uso del FAP paralelo trifásico, se comprobó mediante la simulación, que la corriente de la red en ambos casos, no presenta distorsión alguna.

Conclusiones

Page 55: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

3. Ante un swell del 5%, con el uso del FAP paralelo trifásico, se comprobó mediante la simulación que la corriente de la red no presenta distorsión alguna.

4. El FAP paralelo trifásico puede compensar corriente de hasta 50[A], como se verifica en la tabla de resultados, de la tabla III, mayor a eso, la corriente de la red, presentará distorsión.

5. El dimensionamiento de los componentes, tanto el capacitor como el inductor en el enlace DC y enlace de la red respectivamente, cumple con las especificaciones para los cuales se seleccionaron.

Conclusiones

Page 56: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

1. Para poder atenuar los armónicos de baja frecuencia como el tercer y quinto armónico, el ancho de banda del controlador de voltaje debe ser menor a la frecuencia del armónico más bajo y a partir de ese valor se realizan pruebas que determinarán si es el adecuado, en caso de no serlo, se debe bajar dicha frecuencia una década. En nuestro proyecto el ancho de banda final del controlador de voltaje escogido fue de 10[Hz].

2. Para un mejor seguimiento de las señales de referencias a ser inyectadas, se recomienda utilizar otros métodos más avanzados, de los cuales se obtendrá de manera más precisa dichas señales de referencia para el buen filtrado de armónicos en la red.

Recomendaciones

Page 57: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

3. Para atenuar los armónicos de orden alto se requiere un mayor ancho de banda en el controlador de corriente, como en nuestro caso el ancho de banda utilizado es de 4000[HZ], se pudo filtrar armónicos de tercer y quinto orden.

4. En caso de una implementación del trabajo presentado, es importante tener en cuenta otros factores, como el dimensionamiento de las redes snubber para protección de los tiristores, los disipadores de calor para evitar sobrecalentamiento del equipo, el tipo de tiristor ya que deben ser capaces de trabajar en las condiciones establecidas por el proyecto, las impedancias de la red y del convertidor entre otros factores.

Recomendaciones

Page 58: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

Preguntas ????

Page 59: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

[1] Joharm Farith Petit Suárez, “Topologías y algoritmos de control para filtros activados aplicados a la mejora de la calidad del suministro eléctrico”, Phd. Disertation, Dept Ing. Eléc, Univ. Carlos III de Madrid, 2005.  [2] Juan José Mora Flores UDG: Calidad del servicio eléctrico-Power

Quality-. [Online].Disponible: http://eia.udg.es/~secse/curso_calidad/curso3_armonicos.pdf, 2003.

 [3] Tripod.Lycos.com: Armónicos IEE519. [Online]. Disponible:

http://jaimevp.tripod.com/Electricidad/armonico519_pag2.htm, Fecha de consulta, 2011.

 [4] Filtro Activo De Potencia En Paralelo: Análisis Y Diseño- MSc. Pedro Fabián Cárdenas- MSc. Fabián Jiménez- MSc. César Augusto Peña Cortes, U. Nacional de Colombia, U. Santo Tomás, U. de Pamplona, Bogotá, Tunja, Pamplona, 2009.  [5] Luis A. Morán, Juan W.Dixon, José R. Espinoza, Rogel R. Espinoza, Rogel

R. Wallace, “Using Active Power Filters To Improve Power Quality” Dept. Ing. Electr., Univ. de Concepción- Univ. Católica de Chile, Concepción Chile – Santiago-Chile, Fecha de consulta, 2011.

Referencias

Page 60: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

[6] Tuveras.com: Sistema Eléctrico de Potencia. [Online]. Disponible: http://www.tuveras.com/lineas/sistemaelectrico.htm, Fecha de

consulta, 2011. [7] Juan Díaz González, “Inversores PWM”. Prof de Universidad, Tec. Etectr., Univ. Oviedo, 1999.  [8] Francisco M. Gonzalez-Longatt, Miembro IEEE, “Entendiendo la

Transformada de Park”, Univ. Experimental Politécnica de la Fuerza Armada Nacional, Venezuela, 2004.

 [9] AES Salvador: Introducción a los problemas de calidad de energía (Power Quality) y dispositivos de mitigación. [Online]. Disponible: http://www.aeselsalvador.com/grandesclientes/images/Calidad_de_Energia_vi

mpresion3.pdf, Fecha de consulta, 2011.  [10] Muhammad H. Rashid, “Inversores modulados por ancho de pulso,”

en Electrónica de Potencia Circuitos, Dispositivos y Aplicaciones, 3ra ed. Prentice-Hall. Inc, pp. 237-260,

2004.  [11] Luis A. Morán, Juan W. Dixon, Rogel R. Wallace, “A Three-phase

Active Power Filter Operating with Fixed Switching Frequency for Reactive Power and Current Harmonic Compensation”, 1995.  

Referencias

Page 61: Escuela Superior Polit écnica  del Litoral

[12] Raja Ayyanar, “Lecture 3, Steady state analysis of buck converter” EEE 572, pp 9-1, Diapositivas – Materia de Graduación- Clase 4, Fecha de consulta, 2011.

[13] Raja Ayyanar, “Lecture 11, K-Factor Approach” EEE 572, Diapositivas – Materia de Graduación- Clase 9, Fecha de consulta, 2011.  [14] Phd- Síxifo Falcones, “Control of three phase converters”, Diapositivas – Materia de Graduación- Clase 10, Fecha de consulta, 2011.  [15] Carol Gowan, Chad Loomis, “Power Quality and Harmonics: Causes, Effects and Remediation Techniques”, Cornell University PDC Electrical Design Section, pp 5-10, 2006. [16] ABB, “Corrección del factor de potencia y filtrado de armónicos en las

instalaciones eléctricas”, Cuadernos de aplicaciones técnicas, pp 20-21, Fecha de consulta, 2011.

[17] REASA, “Límites de distorsión armónica”, Ficha Técnica REA00510, pp 1-2, Fecha de consulta, 2011.

[18] Análisis y propuesta de solución al problema de alta distorsión armónica: caso industrial, Univ. Nacional de Asunción-Facultad Politécnica, pp 87, Fecha de consulta, 2011.

Referencias