Simulaciones para la carga tipo 2

En este caso el bloque correspondiente a la carga no lineal (CNL) está compuesto por un transformador trifásico conectado en Y-Y que alimenta a un convertidor a tiristores trifásico puente operando a un ángulo de disparo fijo, en este caso 0𝛰, y este a su vez a un motor de corriente directa con los siguientes valores nominales de potencia de salida, voltaje armadura y velocidad (𝑃2 , 𝑉𝐴 𝑦 𝑅𝑃𝑀): 𝑃2= 40 𝐻𝑃 𝑉𝐴= 220 𝑉 𝑅𝑃𝑀 = 1750.

resultados.

48 Resultados de la simulación

La figura 3.12 muestra la gráfica correspondiente a la corriente demanda por la carga en función del tiempo. Como puede apreciarse de la figura 3.13 a la 3.14 la presencia de una carga perceptiblemente inductiva, tanto así como la imposición de un ángulo de disparo de los dispositivos semiconductores diferente al ángulo de conmutación natural ha deteriorado el comportamiento de las corrientes de carga con respecto al caso anterior, el contenido de armónicos se ha elevado considerablemente en lo cual se puede constatar a simple vista por la diferencia entre la forma sinusoidal del voltaje aplicado a la carga y la forma funcional de la corriente demandada por la misma, lo que más adelante, en el análisis del espectro de frecuencia (Figura 3.15), se puede constatar con exactitud.

Figura 3.12: Corriente demandada por la carga en la fase A

La colocación del FAP en la red se hace con el objetivo de corregir el espectro de frecuencia de la corriente entregada por la fuente. Las figuras 3.13 y 3.14 dan fe de esto una vez que las gráficas de la corriente de línea entregada por la fuente muestran formas funcionales de notable aproximación a una sinusoide. La figura 3.13 se corresponde con el comportamiento de dicha corriente para el caso en que

resultados.

se haya instalado un filtro con método de control por MVE3D y la figura 3.14 para el caso en que el método empleado sea MVE2D.

Figura 3.13: Corriente entregada por la fuente carga en la fase A (MVE3D)

Figura 3.14: Corriente entregada por la fuente carga en la fase A (MVE2D) De las figuras 3.13 y 3.14 ya a simple vista se puede apreciar una diferencia notable en el contenido de armónicos de la corriente de suministro cuando se trata de uno

resultados.

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u otro método de control del inversor. Esto se puede constatar de manera tangible si se utiliza la herramienta matemática de la Transformada Rápida de Fourier (FFT). A través de ella se obtienen los espectros de frecuencia de esta corriente correspondientes al empleo de unos u otro método de control. La figura 3.15 se corresponde con el espectro de la corriente de carga, las figuras 3.16 y 3.17 con el espectro de la corriente suministrada por la fuente para los casos en que se emplean la MVE3D y MVE2D respectivamente.

Figura 3.15: Espectro de frecuencia de la corriente de la fase A demanda por la carga obtenida a través de la función powergui del Simulink.

resultados.

Figura 3.16: Espectro de frecuencia de la corriente entregada por la fase A de la fuente calculado a través de la función powergui del Simulink (MVE3D).

Figura 3.17: Espectro de frecuencia de la corriente entregada por la fase A de la fuente calculado a través de la función powergui del Simulink (MVE2D).

resultados.

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En la figura 3.18 se muestra el listado de cada uno de las componentes armónicas. En 2da columna la MPA como método de control del inversor, en la 3ra y 4ta columna el MVE2D y el MVE3D respectivamente con sus correspondientes amplitudes calculadas por la FFT.

Figura 3.18: Comparación de espectros de frecuencia de la corriente para tres métodos de control del inversor. 2da columna (MAP). 3ra columna (MVE2D), 4ta

columna (MVE3D)

Como resultado de la instalación del FAP el THD se ha reducido de un 34.66 % a un 6.65 % cuando se emplea la MAP, a 4.99% con la MVE2D y a 4.98% con el MVE3D. La reducción se ha hecho notar prácticamente en casi todas las componentes. Es apreciable la mejoría del THD cuando se trata de sustituir la MPA por la MVE2D en cargas que manifiestan estos comportamientos por lo que se recomienda el uso de esta técnica. Se obtienen resultados similares cuando se usa la técnica de MVE3D.

resultados.

3.2 Conclusiones del Capítulo

Las simulaciones presentadas en este capítulo arrojan resultados positivos cuando se trata del empleo delos filtros activos en la carga tipo 1 cuando se emplean las técnicas de control del inversor MPA y MVE3D, alcanzándose una mayor calidad en el filtrado a través de esta última. En cuanto al empleo para este tipo de cargas de la MVE2D puede constatarse que resulta inadecuado, pues el valor del THD excede los límites normados por el sistema eléctrico nacional que se establece en un 8%.

Para la carga tipo 2 la simulaciones se acepta la MVE2D sigue siendo la modulación apropiada para el control del inversor. El empleo de las otras técnicas abordadas en este trabajo no alcanza este objetivo y sobre todo en el caso de la MVE3D, por la complejidad del algoritmo, no sea ce recordable el empleo de esta técnica de modulación.

Debe señalarse como un aspecto positivo del empleo de cada una de estas técnicas que ellas respetan las limitaciones en cuanto a la frecuencia de conmutación de los elementos semiconductores que componen el inversor, la implementación de cada una de ellas establece un valor fijo para esta magnitud.

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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

Conclusiones:

Cuando se está alimentando una carga de carácter no lineal, entra un nuevo término que describe el comportamiento de la energía se le conoce como energía reactiva de deformación o potencia distorsionante, y esta es debido a las componentes armónicas producidas por dicha carga. Es allí donde se hace necesario utilizar FAP que puedan centrar todo su esfuerzo en llevar una calidad de energía de un estado deficiente a un estado eficiente, mitigando las armónicas producidas por la carga no lineal, pero también debe señalarse la ventaja del FAP en cuanto a que éste puede al mismo tiempo compensar la potencia reactiva no distorsionante.

1. Se ha fundamentado toda la teoría acerca de las afectaciones a la calidad de la energía eléctrica, las principales cargas generadoras de armónicos y los elementos para eliminarlos. Además se han tratado los Filtros activos de potencia y algunas de sus características.

2. Se han descrito las principales topologías de un filtro activo de potencia, los elementos que lo componen y los métodos que se emplean para su control.

3. Se han colocado dos cargas características del sistema eléctrico de manera que el análisis del comportamiento del FAP y las conclusiones conlleven a una utilidad práctica en cuanto a qué técnica debe emplearse para el control del filtro, pero además de ello el software de simulación constituye en sí mismo una herramienta para identificar el comportamiento del filtro ante la presencia de otras carga de carácter más complejo que a menudo están presentes en las redes. Teniendo en cuenta la dinámica de las cargas en el ámbito de la modernidad y el desarrollo de los dispositivos de la electrónica de potencia y el carácter dinámico de los FAP, el modelo desarrollado es una opción de trabajo en la sustitución del filtrado pasivo por filtrado activo en redes de potencia sin lugar a dudas.

4. El desempeño del filtro en el sistema se ha tenido en cuenta de manera comparativa con respecto a otras técnicas ampliamente usadas (Modulación del Vector Espacial en 2D y Modulación por Ancho de Pulso).Ante dichas cargas analizadas en este proyecto de tesis el filtro demostró ser más eficiente empleando la técnica de Modulación del Vector Espacial en 3D para las carga tipo 1 por lo que se recomienda su uso. Para las cargas tipo 2 el método de control de Modulación por Ancho de Pulso resulto ser más efectivo que los otros métodos. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que el carácter de las cargas en conjunto de un sector del sistema electroenergético es cambiante, por lo que el estudio frecuente de los circuitos que lo componen es una necesidad, y consiguientemente la reconsideración de los tipos de FAP y métodos de control a emplear.

Comentado [l12]: En el objetivo especifico 3 no dijiste

nada de la banda de histéresis por lo que esta conclusión no se corresponde con el objetivo planteado.

56 Recomendaciones

1. Continuar el estudio del comportamiento de los filtros activos de potencia en conexión paralelo ante los diferentes tipos de carga contaminantes características del Sistema Electroenergético Nacional utilizando el modelo desarrollado.

2. Desarrollar los modelos necesarios para el estudio del comportamiento del resto de las topologías de FAP aplicadas a las redes eléctricas.

3. Incorporar a los modelos desarrollados los bloques de filtrado pasivo correspondientes para conformar filtros híbridos, de manera que se puedan emplear estos modelos como herramientas en el diseño y la toma de decisiones en la composición de los mismos

4. Desarrollar modelos en MatLab/Simulink en los que se apliquen las técnicas de control que no han sido abordadas en el capítulo III y que fueron referidas en el capítulo II de este proyecto de tesis. A partir de estos modelos se pueden realizar estudios que permitan arribar a conclusiones acerca de cuál técnica de control es la idónea para cada caso o cada comportamiento de las cagas conectadas a la red eléctrica.

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Anexo I Transformación de Concordia o de Clark

En un sistema trifásico se consideran tres señales eléctricas, caracterizadas por tres valores. Estos tres valores escalares son función del tiempo y se pueden considerar las tres componentes de un vector espacial según un sistema de ejes coordenados ortogonales a-b-c.

Si son los vectores unitarios, según los correspondientes ejes, el vector espacial se representa:

𝑋 = 𝑥𝑎∗ 𝑎⃗ + 𝑥𝑏∗ 𝑏⃗⃗ + 𝑥𝑐∗ 𝑐⃗

Si es la componente homopolar, las tres señales del sistema trifásico se pueden poner:

𝑥𝑎= 𝑥́𝑎+ 𝑥0𝑥𝑏= 𝑥́𝑏+ 𝑥0𝑥𝑐= 𝑥́𝑐+ 𝑥0 Siendo:

𝑥́𝑎+ 𝑥́𝑏+ 𝑥́𝑐= 0

Así, se pueden definir dos vectores cuyo producto escalar es nulo (ortogonales).

𝑥́ = [ 𝑥́𝑎 𝑥́𝑏 𝑥́𝑐]Y𝑥0= [ 𝑥0 𝑥0 𝑥0]

Se puede establecer una nueva base de coordenadas, denominada α-β-0, constituida por tres ejes α-β-0, del siguiente modo:

- El eje 0 es colinear y de la misma dirección que el vector x0.

Situación ejes a-b-c y α-β-0 Establecido tal sistema de coordenadas, se determina la matriz de transformación de un sistema a otro, según las relaciones geométricas que hay entre los vectores unitarios de cada uno de los sistemas considerados, de modo que:

𝑋𝛼𝛽0= [𝐶] ∗ 𝑋𝑎𝑏𝑐

La matriz [C] es la llamada matriz de Concordia y su expresión es la siguiente:

[𝐶] = √2 3∗ [ 1 −1 2 − 1 2 0 √3 2 − √3 2 1 √2 1 √2 1 √2 ]

Cuya matriz inversa es:

[𝐶]−1_{= √}2 3∗ [ 1 0 1 √2 −1 2 √3 2 1 √2 −1 2 − √3 2 1 √2]

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Esta propiedad es muy interesante, e imprescindible en el tipo de transformación de ejes que se propone, puesto que se mantiene invariable la expresión del producto escalar de dos vectores y el módulo del producto vectorial, independientemente del sistema de referencia utilizado, lo cual implica la invariancia de las potencias obtenidas según uno u otro sistema de coordenadas.

La matriz de Concordia es en realidad la misma que la matriz de Clarke normalizada, a la que se le ha dotado de la propiedad de ortonormalidad multiplicándola por un coeficiente, para conseguir la invariancia de la potencia en los procesos de transformación.