Diseño y simulación del control de un filtro activo de potencia paralelo trifásico

Introducción La principal causa del deterioro de la
calidad de suministro eléctrico, lo constituye el
incremento de instalación de cargas no lineales, tales
como: (Gp:) Variador de Velocidad (Gp:) Lámparas de
Descarga

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

Solución??

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

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

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:

¿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.
Diagrama de bloques de un FAP

Topología de un filtro activo de potencia paralelo
trifásico Modelo General del filtro activo de potencia
paralelo trifásico

Formado por dos etapas: La etapa de potencia y la etapa de
control. Etapa de Potencia Etapa de Control Topología de
un filtro activo de potencia paralelo trifásico

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.

El circuito lo constituye: Etapa de Potencia:

Modelo de Simulink de la Etapa de Potencia

El suministro eléctrico red trifásica de 120[Vrms].
Red de Suministro Eléctrico

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: Sabiendo que: , índice de
modulación.

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

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. Generador de Pulsos

Generador de Pulsos Gráfico de la señal modulante
Vsin y la portadora Vtri. , (b) Diferencia entre Vsin y Vtri, (c)
Diferencia entre -Vsin y 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.

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.

La inductancia fue escogida bajo el criterio [1] 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. Valor de a la inductancia: Impedancia de Enlace con la
Red

Capacitor de Enlace DC

Fija voltaje en el Enlace DC limitando sus variaciones y provee
energía durante los transientes. Función Para
encontrar el capacitor, partimos de la ecuación del
voltaje del capacitor Donde al despejar el capacitor tenemos que:
Capacitor de Enlace DC

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

Aplicando la fórmula final y mediante el análisis
de la gráfica tenemos que: . Gráfica de la
corriente del capacitor. Capacitor de Enlace DC

Principios de Operación: 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. De
lo cual se obtiene que: Etapa de Control:

Partes del Sistema de Control Generador de corriente de
referencia Lazo de control de corriente Lazo de control de
tensión DC

Generador de Corriente de Referencia La corriente de referencia
se obtiene mediante el filtro Notch.

Generador de Corriente de Referencia Filtro Notch Función:
Permite el paso de todas las señales, excepto la
designada.

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

Controlador de Corriente

Controlador de Corriente

Controlador de Corriente El controlador de corriente tiene la
siguiente función de transferencia. Utilizando la
técnica del factor K: Función de Transferencia de
la Planta.

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

Controlador de Voltaje

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.

Diagrama de Control

Análisis de los Sags y Swells El 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.
Pruebas del Sistema

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

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

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

ESTA PRESENTACIÓN CONTIENE MAS DIAPOSITIVAS DISPONIBLES EN
LA VERSIÓN DE DESCARGA