Diseño e implementación de un compensador estático de potencia reactiva (página 2)
El elemento almacenador de energía esta compuesto por grandes capacitores o baterías que garantizan el suministro constante de energía a los niveles requeridos por el sistema.
Dispositivo Acondicionador de señales transforma las señales medidas de tensión y corriente a niveles adecuados para las entradas análogas del controlador.
El controlador garantiza la ejecución de los procesos de compensación además de controlar el nivel de energía del elemento almacenador
Los puntos de intersección entre la ondas sinusoidal de referencia y la triangular portadora determinan el ancho de los pulsos del voltaje de salida del convertidor VSC.
Modulación SPWM
La sobre modulación (M>1) conduce a un pulso cuadrado sin modulación. Esto incrementa el contenido armónico.
A mayor frecuencia de la señal portadora, menor es el tamaño de los filtros pasivos requeridos para filtrar la onda cuadrada.
Diagramas Fasoriales en Modo PFC
Carga R-L con un factor de potencia FP=0.69
Vsource=Vvsc
Isource=Iload
Ivsc=0
-46.36º
(Gp:) -46.36º
(Gp:) Vsource Vvsc
(Gp:) Isource
(Gp:) Ivsc
(Gp:) Iload
Sin Compensación
Con Compensación
Esquemático del DSTATCOM usando PLECS
Diagrama Completo del DSTATCOM en Simulink
DISEÑO DEL CONTROL
Modelamiento de la Planta
Se cancelan los términos cruzados con feedforward y no se consideran los términos que son constantes. Las dos funciones de transferencia de la planta se simplifica en:
Después de aplicar la transformación abc-dq0 se obtienen las ecuaciones:
El objetivo es conseguir una ancho de banda de aproximadamente 1kHz con un margen de fase de 70 grados.
Diseño del Controlador conSISOTOOL
El controlador PI obtenido es el mismo para los dos canales. Gc=Kc*(s + a)/s, Kc=6.2118, a=2172
Controlador Completo
SIMULACIONES
FP=0.69 antes corrección
FP=0.98 después corrección
Potencia Activa, Reactiva y Corrientes
Voltajes
PROTOTIPO
Equipo Implementado
TRANSFORMADORES
Transformadores 110 Vac/6Vac 500 mA.
Conexión Y-Y aterrizada.
MODULO DE ACONDICIONAMIENTO
Y CONTROL
Acondiciona señales para el DSP (0-3Vac)
Se tienen controles de magnitud y fase.
MODULO DE AISLAMIENTO
Recibe los pulsos de control del DSP
Buffer analógicos
Opto-acopladores
MODULO DE FUERZA
Aquí reside el IRAMY20UP60B
PROCESADOR DIGITAL DE
SEÑALES (DSP)
Familia TMS320C2000
Tarjeta eZdspTMF2812
Procesador digital de señal TI TMS320F2812
EQUIPO ENSAMBLADO
PROGRAMA A CARGAR AL DSP
Entrada de señales y generación PWM
Mediciones
Corrientes de la carga y convertidor
(implementación física) carga R=75O y L=35mH
Corriente de la Carga
Corriente del Convertidor
Mediciones
Diagrama fasorial
VLN de la carga
Corriente de la fuente
Voltaje en el punto de acoplamiento común PCC
FP después de la
compensación
FP antes de la
compensación
THD corriente de la fuente
THD voltaje de la fuente
CONCLUSIONESYOBSERVACIONES
El DSTATCOM como compensador estático, permitió diseñar y planificar la implementación de un compensador de potencia reactiva controlado por medio de un DSP.
Previo al acoplamiento físico, se tomó precauciones para los valores de salida de corriente del convertidor en la sobremodulación. La corriente de salida del convertidor puede llegar a 30 A. Valores muy peligrosos para la implementación física, dada las limitaciones de las protecciones escogidas para el diseño.
Por medio de Simulink/MATLAB y "Target for TI C2000", se implementa el programa que nos ayuda a controlar la magnitud y fase, con las transformaciones y manipulación de las señales en el DSP.
La expectativa de un comportamiento diferente de las corrientes de la carga, fuente y convertidor se cumplió. La corriente de la carga es sinusoidal, en concordancia con el voltaje terminal sinusoidal que esta recibe. Por otro lado las corrientes de la fuente y convertidor presentan distorsión.
Al limitar la corriente de salida del convertidor a 5 A, la respuesta del convertidor para un índice de modulación (m) de 0.7 presenta una amplitud de 1.4 A.
No se esperaba un perfil de onda tan irregular para el índice de modulación anterior. La calibración de los potenciómetros no permitía un rango flexible de variación de voltaje para apreciar el comportamiento de inyección de corrientes reactivas.
El perfil de forma de onda de la corriente del convertidor es distorsionado como consecuencia de la componente armónica de la corriente de inyección del compensador.
Para una amplitud de voltaje de la red alterna de distribución mayor a , se entra en sobremodulación.
El factor de potencia intrínseco de la carga de prueba se aproxima a 0.7 antes de la compensación. Luego de la compensación para un m=0.7, tal factor de potencia se aproxima a un valor de 0.99.
La potencia reactiva suministrada por el DSTATCOM compensa a la entregada por la fuente de distribución, obteniendo con ello un incremento de 0.07 kW hasta un valor de 0.16 kW en la potencia activa suministrada por la fuente.
El convertidor implementado genera un THD corriente de 6.1% y THD voltaje de 3.3%, lo que cumple las normas IEEE 519-1992 de control de armónicos, para el control de calidad de la energía.
TRABAJO FUTURO
Implementar el control en cascada con lazo cerrado para ver el comportamiento dinámico del DSTATCOM ante una perturbación de la red.
Desarrollar un laboratorio virtual para realizar estudios de calidad de energía mediante el uso de los diversos dispositivos implementados en los trabajos de graduación.
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