Sistema de control del SVC

La etapa de control interactúa con los bloques básicos de la topología SVC presentados en las secciones anteriores. El bloque de control implementado se muestra en la Figura 4.7. Para explicitar la etapa de control del SVC, en las siguientes secciones se describe el sistema de control implementado.

4.5.1. Algoritmo de control

El diagrama lógico del SVC se muestra el la Figura 4.12. Cada uno de los programas creados para el monitoreo, control y visualización de las variables del SVC se encuentra en el anexo B.

Sincronización = verdadera? leer r.m.s. de V leer referencia de V DETERMINAR ERROR Angulo <= 90° Angulo >=170° SEÑAL SINCRONIZADORA Proveniente del sincronizador

n° de bancos activos = 2 n° de bancos activos = 0 Apagar indicador límite absorción de reactivos Apagar indicador límite inyección de reactivos desconectar un banco de condensadoes Encender indicador límite absorción de reactivos conectar un banco de condensadores Encender indicador límite inyección de reactivos

-disponer ángulo en puerto B -enviar datos por RS-232

-mostrar pantalla SI NO NO NO NO NO NO SI SI SI SI SI

CALCULAR ANGULO DISPARO

Error > banda muerta

En los siguientes puntos, se indica brevemente la función de cada uno de los bloques lógicos que componen el algoritmo de control.

-Bloque de verificación de sincronización.

Este bloque genera una instrucción que retorna a si mismo mientras la señal de sincronización proveniente del PIC sincronizador no llegue. Cuando es detectada la señal, el bloque procede con la ejecución del resto del algoritmo. La señal de sincronización es enviada por el PIC sincronizador cada 20 [ms]. El PIC se sincroniza a su vez con el cruce por cero de la tensión A-B de la barra de baja tensión del SVC.

-Cálculo de ángulo disparo.

Para el cálculo del ángulo de disparo se implementa un control por histéresis, consistente en comparar la lectura de medición de tensión de la barra de alta tensión del SVC (variable controlada) y el consigna de tensión (referencia), actuando sobre el ángulo de disparo de los tiristores.

Este bloque es de acceso directo en el código del programa principal, permitiendo con ello la implementación de otras formas de control en el regulador de voltaje, por ejemplo, un control proporcional-integral.

-Resto de los bloques.

El resto de los bloques realiza la conexión y desconexión de los bancos de condensadores según estados lógicos y valor del ángulo de disparo. Además, enciende y apaga los LED indicadores de operación sobre las zonas límites del SVC.

4.5.2. Sincronizador de disparos (PLL)

Para el SVC, se ejecuta una rutina programada en lenguaje C, dispuesta en un microcontrolador PIC-18f242 dedicado en forma exclusiva a realizar el disparo de las válvulas de las tres fases. La

rutina se sincroniza con el cruce por cero de la tensión de la fase A-B en el lado de baja tensión del SVC y lee el ángulo de disparo de los tiristores, el cual es calculado por el PIC de control. Para la ejecución del algoritmo se presenta en la Figura 4.13 el diagrama lógico del PLL.

-leer ángulo disparo -enviar señal ejecución al control

(señal sincronizador)

cruce por cero Tensión A-B

NO SI ángulo < 120° Disparar en secuencia C-A;B-C;A-B Disparar en secuencia B-C;A-B;C-A SI NO

Figura 4.13 Diagrama lógico disparo tiristores.

La sintonización de los disparos se efectúa con la detección del cruce por cero de la tensión entre las fases A y B del lado de baja tensión del SVC. Es por esto que, dependiendo del valor del ángulo de disparo, es la rutina que se ejecuta desde el instante de la detección del cruce. Para ángulos que pertenecen al intervalo 90°< ángulo de disparo < 120°, la secuencia de los disparos en las ramas de los tiristores es B-C, A-B, C-A, B-C, A-B, C-A, para ángulos de disparo que pertenecen al intervalo 120°<ángulo de disparo<170°, la secuencia de los disparos en las ramas de los tiristores es C-A, B-C, A-B, C-A, B-C, A-B. Estas secuencias se ilustran en la Figura 4.14.

Figura 4.14 Representación gráfica de la secuencia de disparo de los tiristores.

Esta forma de efectuar los disparos de los tiristores, tiene la ventaja de requerir de un solo transformador de muestreo para la señal de cruce por cero. Sin embargo, este método, disminuye la controlabilidad de SVC por fase en forma individual. Para realizar control individual de reactivos por fase es necesario disponer de tres sincronizadores independientes, uno por válvula, como es el caso de equipos de altas potencias [2][15].

Si bien, la mayoría de los sincronizadores son adaptables a la frecuencia de la red, no se implementa esta función en el prototipo de SVC. La adaptabilidad a la frecuencia es importante

secuencias de disparo no adaptables, se pueden producir disparos fuera del rango seguro de operación angular, poniendo en riesgo la integridad del SVC y del sistema eléctrico.

4.5.3. Dispositivos de medida

1) Transformador de medida de tensión (TTPP).

El transformador de potencial toma una muestra de tensión entre las fases A-B del lado de alta tensión, de razón de transformación 450 / 2,5 [V] con una potencia de 10 [VA]. La razón de transformación permite que el TTPP no se sature para tensiones de operación de hasta 1,2 [p.u.].

Para la señal de sincronización, se implementa un transformador de potencial, razón 220 / 9 [V], con una potencia de 10 [VA].

2) True RMS

Se evalúa e implementan tres métodos para obtener una señal continua, la cual debería representar, de la forma más exacta, el valor de la tensión en la barra de alta tensión del equipo. Los métodos son:

a) Rectificador de onda completa entre fase A-B. b) Valor RMS mediante método digital.

c) Valor RMS mediante método análogo.

a) El primer método, se basa en rectificar la onda de tensión adquirida desde el TTPP. Este

método es válido, ya que la señal rectificada es proporcional al valor RMS de una sinusoide. Sin embargo, con este método no es posible obtener una buena respuesta de medida frente a variaciones rápidas de la tensión en barra, ya que para evitar el ruido56_{, se debe conectar un filtro}

pasa bajos grandes a la salida del rectificador, los que retarda en el tiempo la medición de la tensión en barra.

b) El segundo método consiste en determinar por medio de un software el valor RMS de la señal

muestreada. La rutina toma valores instantáneos de la señal muestreada, para luego ser procesados.

c) El tercer método [19], que se usa en el prototipo final, consiste básicamente en un integrador

análogo, que recibe una onda eléctrica proveniente del TTPP y entrega una señal continua proporcional al valor RMS de la señal de entrada57_{. El integrador fue modificado para poder} operar a frecuencia cercanas a los 50 [Hz]. Su comportamiento en zonas cercanas a la tensión nominal en el lado de alta tensión del TTPP, es lineal. Sin embargo, en zonas alejadas a la tensión nominal su comportamiento es logarítmico, subestimando la tensión real. Sin embargo, no perjudica el correcto funcionamiento de prototipo, ya que las consignas de tensiones requeridas, se encuentran dentro de los rangos de medición correctos del True RMS.

Para los tres métodos evaluados, se ocupa el mismo TTPP descrito con anterioridad.

3) Amplificador de señal.

Si bien la señal que entrega el True RMS es lineal en torno al punto de operación nominal, la variación de esta señal es pequeña en comparación a la entrada conversora análoga a digital dispuesta en el PIC16F877A (control), disminuyendo notablemente la resolución de la medida. Es por esto, que se intercala una etapa amplificadora de señal, que logra aumentar el intervalo de variación, mejorando la resolución del sistema de muestreo.

4) Interfaz local.

Para el control local del prototipo SVC, se dispone del panel de instrumento que se muestra en la Figura 4.15.

Figura 4.15 Mandos prototipo SVC.

Esta interfaz, permite ajustar la consigna (setpoint) de tensión en barra de alta tensión del SVC. Además, informa el número de bancos de condensadores conectados, el ángulo de disparo efectuado, la consigna ajustada, el RMS de tensión en barra, y el estado de operación en zonas límites del SVC, es decir, límite de absorción de reactivos y límite de inyección de reactivos.

5) Interfaz remota.

Para una mejor interfaz y supervisión del SVC, las variables de estado son enviadas, mediante protocolo RS-232 a un computador. Estas variables son expuestas al usuario en tiempo real, mediante un código [18] en el software MatLab58_{, la tasa de muestreo de los datos es de 1000} datos por segundo, para cada variable. Se gráfica las siguientes cuatro variables.

 Voltaje de referencia en barra de Alta tensión.

 Voltaje R.M.S. medido en barra de Alta tensión, entre las fases A-B.

 Angulo de disparo de los tiristores.

 Número de Bancos de Condensadores conectados.

Figura 4.16 Interfaz tiempo real Matlab Simulink.

Además, se ilustra el error que se obtiene de la lectura del voltaje de referencia y el RMS.

Esta interfaz, permite observar en forma inmediata la evolución temporal de las variables del SVC y almacenar estos valores. Se pueden tomar muestras continuas con períodos desde decenas de milisegundos hasta varias horas permitiendo, por ejemplo, capturar la respuesta del SVC frente a cambios de tensión en barra emisora durante el día.

Se dispone en la interfaz Matlab-Simulink, la opción de realizar el control PI (proporcional – Integral) del SVC por medio de ésta misma. Sin embargo, por problemas de sincronización de datos, no se pudo completar tal implementación59_.

Finalmente en la Figura 4.17, se muestra la disposición física de los dos prototipos en un módulo transportable del laboratorio de Energía y Accionamientos.

59 _{Solo se encuentra implementado el hardware para ello, faltando definir e implementar un correcto protocolo} de comunicación entre el SVC y Matlab-Simulink.

SVC Carga subestación Relé MICOM Computador Barra Infinita Banco de trafonsformadores

Figura 4.17 Disposición física de las unidades a escala.

El conjunto de todas las partes que componen el sistema completo, permiten realizar medidas de tensión y corriente, tanto de su valor efectivo, como de la forma de onda de éstas. Además, es posible almacenar la misma información usando el relé u osciloscopios, ya que son accesibles

todos los puntos de interés del sistema, con lo cual es posible comparar el desempeño teórico con el práctico.

El alto acceso a las variables de tensión y corriente de las distintas componentes del SVC, las múltiples formas de observar y adquirir información del comportamiento del sistema, sumado a la visualización de todas las componentes del sistema, permiten al sistema completo, en particular el SVC logrado, compatibilizar las actividades docentes de los cursos relacionados con el área de sistemas eléctricos.

Capítulo 5