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Academic year: 2018

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(1)

Simulación de un acondicionador dinámico

de tensión

Jacinto Martín Arnedo Departament d’Enginyeria Elèctrica

Juan A. Martínez Velasco Diagonal 647

Tommaso Iannucci 08028 Barcelona, España

Universitat Politècnica de Catalunya Teléfono : 34 - 93 - 401 6725 Fax : 34 - 93 - 401 7433 E-mail : martinez@ee.upc.es

Resumen

Los huecos de tensión representan actualmente una de las perturbaciones más importantes desde un punto de vista económico en redes de transporte y distribución. En teoría, la aplicación de las tecnologías Custom Power puede resolver o mitigar una gran parte de los problemas que afectan a la calidad de suministro eléctrico. Entre los dispositivos que han sido diseñados para mitigar los efectos debidos a los huecos de tensión se encuentra el acondicionador dinámico de tensión (o Dynamic Voltage Restorer, DVR). Este documento presenta una introducción al funcionamiento de un DVR y un resumen del trabajo realizado para desarrollar un modelo con ATP. El ejemplo incluido servirá para ilustrar el alcance de los módulos desarrollados y las posibilidades que ofrece el paquete ATP en el análisis de este tipo de dispositivos.

Palabras clave: Calidad de Servicio, Huecos de Tensión, DVR, Simulación Digital, ATP.

1

Introducción

Un hueco de tensión se puede definir como una reducción del valor eficaz de la tensión, a frecuencia de operación, durante un periodo de tiempo que puede variar entre 10 ms y 1 minuto. La causas más peligrosas de huecos de tensión son los cortocircuitos, generalmente asociados a fenómenos de tipo atmosférico (rayos, hielo, viento), a la degradación de los aislantes, a contactos provocados por animales, e incluso a accidentes. A estas causas se deben añadir el arranque de grandes motores, la energización de transformadores y las variaciones bruscas de consumo. Dada la diversidad de causas y la dificultad que representa su completa erradicación, los huecos de tensión constituyen una de las perturbaciones más frecuentes.

(2)

Debido a las características de los huecos de tensión y de los equipos afectados por estos, la solución a este tipo de perturbaciones requiere dispositivos con un tiempo de actuación muy rápido. Aunque no debería olvidarse que la primera y más eficiente solución pasa por mejorar el diseño de las redes eléctricas y reducir el número de perturbaciones que se pueden originar. Las tecnologías Custom Power representan actualmente una solución potencial para muchos de los problemas de calidad de suministro eléctrico en redes de distribución [9], [10]. El diseño de dispositivos que permiten mitigar de forma rápida y eficiente los efectos originados por una mayoría de perturbaciones ha sido propiciado por la aparición de interruptores de estado sólido con prestaciones cada vez más elevadas (GTO, IGBT, MCT, IGCT), el desarrollo de nuevas tecnologías de almacenamiento de energía, así como los avances recientes en micro-controladores y procesadores de señales.

El acondicionador dinámico de tensión (de la denominación anglosajona ‘Dynamic Voltage Restorer’, DVR) es uno de los dispositivos más relevantes entre aquellos orientados a la mitigación de huecos de tensión. Aunque los costes actuales de fabricación y puesta en servicio de un DVR son muy elevados, ya es una alternativa económicamente factible y prácticamente realizable que permite justificar su utilización en la protección de ciertos consumos, aquellos para los que las pérdidas económicas debidas a huecos de tensión pueden ser suficientemente elevadas (empresas farmacéuticas, papeleras, grandes cadenas de montaje). El continuo desarrollo tecnológico que rige el mundo actualmente permite augurar el descenso de los costes de un DVR, ampliando, por tanto, su campo de aplicación.

2

Funcionamiento de un DVR

El DVR es un dispositivo que se instala en redes de distribución en serie con los equipos a proteger, ver figura 1. Cuando se detecta un hueco de tensión en la línea desde la que se alimentan estos equipos, el DVR se encarga de inyectar la tensión necesaria para mantener la tensión en los equipos dentro de la banda de tolerancia impuesta.

LÍNEA 1

LÍNEA N

CARGAS SENSIBLES

DVR

SUBESTACIÓN

OTRAS

CARGAS CARGAS

OTRAS

Figura 1. Ubicación de un DVR en una red de distribución.

2.1 Circuito de Potencia

(3)

tensión (voltage-sourced converter, VSC). El objetivo principal es desarrollar un modelo con el ATP que pueda ser utilizado en estudios de mitigación de huecos de tensión. La figura 2 muestra los componentes principales : un convertidor trifásico, una fuente de tensión continua (que ha de verse también como un dispositivo de almacenamiento de energía), un filtro pasivo, un transformador y un módulo de control capaz de gobernar el conjunto.

Ondulador + Control

Vdc

n:1

V

RED

V

CARGA

Filtro Pasivo

Figura 2. Componentes básicos de un DVR.

Dada la potencia y el nivel de tensión a los que debe operar un DVR, el convertidor estará integrado por IGBTs (para potencias pequeñas y altas frecuencias de conmutación) o por GTOs (para grandes potencias y frecuencias de conmutación reducidas). En el lado de continua se puede instalar una fuente de tensión continua, por ejemplo un conjunto de baterías, o cualquier otro elemento de almacenamiento de energía, como un banco de condensadores. Dado que el funcionamiento de un DVR durante un hueco de tensión supone una inyección de energía en la red, será necesario recargar regularmente el dispositivo instalado en el lado de continua, ya sea una batería o un banco de condensadores. Esta operación se puede llevar a cabo mediante un puente rectificador conectado a la misma red que el DVR.

El convertidor representado en este trabajo es un ondulador de dos niveles, controlado mediante la técnica PWM (pulse width modulation). La tensión generada por este tipo de ondulador consta de una serie de pulsos de igual amplitud pero diferente duración, ver figura 3.a, con un reducido contenido en armónicos de baja frecuencia, ver figura 3.b. Con el fin de respetar los límites admisibles en la distorsión armónica de la tensión (THDv), se procede

habitualmente a la instalación de un filtro, generalmente pasivo [15], ver sección 2.2.

(4)

-5.0 -2.5 0.0 2.5 5.0

100 110 120

Tensión (kV)

Tiempo (ms)

a) Onda de tensión

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

0 50 100

Amplitud del armónico (kV)

Orden del Armónico (fundamental = 50Hz)

b) Contenido armónico

Figura 3. Onda de tensión generada mediante estrategia PWM.

2.2 Estrategia de control

El funcionamiento de un DVR está estrechamente ligado al control del convertidor; así pues, la elección de una estrategia adecuada debe llevarse a cabo teniendo presente los parámetros característicos particulares de cada caso, como pueden ser la sensibilidad del suministro al que se pretende proteger, y las características previstas o monitorizadas de los huecos de tensión (descenso de tensión, duración). Hasta ahora se han propuesto diferentes estrategias de control según las necesidades del equipo o suministro a proteger [19] - [22].

Durante un hueco de tensión no tan sólo se puede producir una reducción del valor eficaz de la tensión, sino que también puede aparecer cierto desfase adicional respecto a la tensión previa al hueco de tensión. Teniendo esto presente, el valor de la tensión necesaria para restablecer las condiciones previas al hueco, Ucomp, se puede calcular de acuerdo con la

(5)

(

) (

)

hdt p hdt

p 2

2

2 hdt hdt

p p

2 hdt hdt

p p

comp

; U

U 2 U U

U U

U U

U

hdt

p γ γ θ θ

θ θ

θ θ

− = ⋅

⋅ ⋅ − + =

⋅ − ⋅

+ ⋅

− ⋅

=

Cos

Sin Sin

Cos Cos

(1)

donde Up es la tensión de referencia en el equipo

Uhdt es la tensión durante el hueco de tensión

ã es el salto de fase provocado por el hueco de tensión.

Suponiendo Up y Uhdt conocidas, esta expresión permite obtener la tensión de compensación,

Ucomp, como una función del salto de fase, γ, ver figura 4.a. Ésta tensión alcanza su valor

máximo cuando el salto de fase, γ, es de 180º, y su valor mínimo cuando el salto de fase es de 0º o 360º.

Up- Uh d t

Up+ Uh d t

0 1 8 0 3 6 0

Ucomp

(

γ)

γ ( D e g )

Uhdt

θ IL

Ucomp1

Up

Ucomp2

hdt p

θ γ

a) Tensión de compensación b) Diagrama fasorial Figura 4. Tensión necesaria para compensar un hueco de tensión.

El análisis anterior permite establecer unas bases para la elección de la estrategia de control :

• Compensación del módulo de la tensión

Esta opción es válida para todos aquellos equipos sensibles a la pérdida de amplitud, y no al salto de fase originado con el hueco de tensión. El objetivo básico es garantizar la amplitud de la tensión nominal en el punto de suministro. Puesto que no hay compensación de fase, la tensión de compensación aportada por el DVR se encontrará en fase con la tensión residual a compensar. En este caso, la tensión de compensación necesaria es la mínima posible (Ucomp2 en la figura 4.b). Su cálculo es inmediato al

sustituir γ=0 en la expresión (1). Esta estrategia permite minimizar el tamaño del elemento de almacenamiento de energía del convertidor. Al mismo tiempo, permite maximizar la duración del hueco de tensión al que el DVR es capaz de hacer frente, puesto que la energía es proporcional al producto tensión-tiempo.

• Compensación total de la tensión

(6)

establecida en el punto anterior y, al mismo tiempo, cierto desfase respecto a la tensión residual durante el hueco de tensión.

Para un hueco de tensión del 50% que provoca un salto de fase de 20º, se obtiene un valor de Ucomp=0.5 para el caso de compensación únicamente de amplitud, mientras que para la

compensación total se obtendría un valor de Ucomp=0.5570 (valores expresados en p.u.). Es

decir, en el segundo caso el DVR deberá ser capaz de aportar una tensión un 11.4% mayor que en el primero.

Las tensiones que debe generar el convertidor del DVR dependen no sólo del tipo de compensación que es necesaria para proteger adecuadamente los equipos, sino también del filtro instalado en serie con el convertidor y del transformador que se emplee en la conexión del DVR a la red.

En los próximos apartados se presentan los principios de funcionamiento del controlador implementado en este trabajo. Aunque existen diferentes tipos de controladores, es importante notar que los principios son similares en la mayoría de casos, cambiando tan sólo algunos aspectos en lo referente al tipo de compensación que se pretende realizar: compensación de amplitud, compensación total, compensación con minimización de potencia activa inyectada por el DVR, etc.

2.2.1 Tensión de compensación ideal

El cálculo de la tensión de compensación se puede realizar de diferentes formas. No obstante, el método basado en la aplicación de las transformadas ‘αβ’ y ‘dq’ ofrece grandes prestaciones en el terreno del control digital y se está convirtiendo en uno de los más utilizados.

La teoría de las componentes simétricas establece que tres magnitudes fasoriales cualesquiera (tensiones, corrientes, etc) pueden ser representadas mediante la suma de tres secuencias fasoriales simétricas: secuencia directa o positiva, secuencia inversa o negativa, y secuencia homopolar o cero. La transformada ‘αβ’ propone representar cualquier magnitud trifásica en una referencia cuyos ejes de coordenadas son fijos y que corresponden a la parte real y la parte imaginaria de la siguiente expresión

        ⋅ + ⋅ + ⋅ ⋅ = ⋅ + = ⋅ ⋅ 3 4 3 2 0 S S S 3 2 S S S π π β α αβ j c j b j

a e e e

j (2)

en donde todos los términos en ‘s’ tienen una expresión temporal.

El cálculo de las componentes ‘αβ’ a partir de una variable trifásica, y de la variable trifásica a partir de su transformada ‘αβ’ se realizará según las siguientes expresiones

          ⋅             =           − − − ⋅ c b a S S S S S S 2 1 2 1 2 1 2 3 2 3 0 2 1 2 1 1 3 2 0 β α ;           ⋅               =           − − − ⋅ 0 S S S S S S 2 1 2 3 2 1 2 1 2 3 2 1 2 1 0 1 3 2 β α c b a (3)

(7)

α

S

α

S

β

S

αβ

ω

Figura 5. Representación de una magnitud trifásica en el plano αβ.

En el caso más general, el sistema de tensiones a la entrada de un DVR durante un hueco de tensión no será simétrico, por lo que interesará realizar el cálculo de la tensión de compensación teniendo en cuenta la existencia de tensiones a secuencia directa e inversa, y en algunos casos también homopolar.

La aplicación de la transformada αβ a un sistema de valores a secuencia directa o positiva

( )

               + ⋅ =       − ⋅ = ⋅ = 3 2 x ) ( v 3 2 x ) ( v x ) ( v π ω π ω ω t Cos t t Cos t t Cos t c b a (4)

da lugar a las siguientes expresiones de α y β

( )

( )

t Sen t Cos ω β ω α ⋅ = ⋅ = ⋅ ⋅ + + x x 2 3 2 3 (5)

Si el sistema de valores es a secuencia inversa o negativa,

( )

               − ⋅ =       + ⋅ = ⋅ = 3 2 x ) ( v 3 2 x ) ( v x ) ( v π ω π ω ω t Cos t t Cos t t Cos t c b a (6) se obtiene

( )

( )

t Sen t Cos ω β ω α ⋅ − = ⋅ = ⋅ ⋅ − − x x 2 3 2 3 (7)

(8)

un vector que gira a una velocidad angular igual a la pulsación de la magnitud trifásica, ω, en el sentido contrario a las agujas del reloj. Por el contrario, si contiene únicamente una secuencia negativa, el vector ‘αβ’ gira a la misma velocidad angular, pero en sentido contrario, ver figura 6.

α

S

α+

S

αβ−

S

β+

S

αβ

S

αβ+

β

S

β−

S

α−

Figura 6. Representación de una magnitud trifásica no simétrica en el plano αβ. Supóngase que las expresiones de las variables trifásicas son las siguientes

(

)

(

)

               + ⋅ +       + + ⋅ =       + + ⋅ +       + ⋅ = + ⋅ + + ⋅ = 3 2 y 3 2 x ) ( v 3 2 y 3 2 x ) ( v y x ) ( v π ϕ ω π ϕ ω π ϕ ω π ϕ ω ϕ ω ϕ ω i d c i d b i d a t Cos t Cos t t Cos t Cos t t Cos t Cos t (8)

siendo x e y los valores de cresta de las componentes a secuencia directa e inversa

ϕd y ϕilos valores iniciales de los desfases de cada secuencia.

De la aplicación de la transformada αβ a este sistema se obtiene

[

]

[

]

+ − − + + = + ⋅ − + ⋅ = + = + ⋅ + + ⋅ = ⋅ ⋅ β β ϕ ω ϕ ω β α α ϕ ω ϕ ω α ) ( y ) ( x ) ( y ) ( x 2 3 2 3 i d i d t Sen t Sen t Cos t Cos (9)

Los valores de las ‘componentes simétricas’ de α y β se pueden deducir fácilmente teniendo en cuenta que

sen(θ-π/2) = -cos(θ) cos(θ-π/2) = sen(θ)

Suponiendo que tanto el sistema de valores a secuencia directa como el sistema a secuencia inversa se mantienen constantes, resulta

(9)

donde el subíndice (-π/2) indica que el valor es el correspondiente a un retardo de π/2.

Puesto que un hueco de tensión se origina con un proceso transitorio, la hipótesis de suponer constante las magnitudes fasoriales no es correcta. Sin embargo, en muchos casos si puede aceptarse esta hipótesis antes y durante el hueco de tensión.

La estrategia de control del DVR puede ser directamente diseñada en el plano ‘αβ’. Si se fija la tensión de referencia a obtener en los equipos a proteger, la tensión de compensación que deberá inyectar el DVR será, evidentemente, la diferencia que se produzca entre esta tensión y la tensión de alimentación que llega desde la red. Al aplicar la transformada‘αβ’, la tensión de referencia (generalmente la tensión nominal del suministro) se traduce en un vector de amplitud constante girando a una velocidad angular ω en el plano ‘αβ’. La comparación entre este valor fijo y las componentes α y β de la tensión de la red puede resultar algo complicada dado que estas últimas no son constantes. Para evitar esta dificultad se introduce la transformada dq.

Al observar la figura 5, se puede comprobar que el valor absoluto del vector Sαβ, que gira con una velocidad angular igual a ω, se mantiene constante si la magnitud trifásica involucrada se mantiene constante, aunque no sea simétrica (aunque si lo serán las componentes simétricas correspondientes). En tal caso, su proyección sobre una referencia que gire a la misma velocidad angular será constante. Esta referencia es conocida como dq o referencia síncrona, ver figura 7.

ω

Sα α

Sβ Sαβ

d

q

Figura 7. Localización de la referencia dq.

La siguiente expresión permite obtener las componentes dq a partir de los valores ‘αβ

      ⋅    

  − =      

β α

θ θ

θ θ

S S S

S

Cos Sen

Sen Cos

q d

; θ =ωt+ϕ (11)

siendo ϕ el ángulo de fase inicial del sistema de variables trifásica.

(10)

En el caso más general será necesario considerar la presencia de componentes a secuencias directa e inversa. En tal caso, el principio de aplicación de la transformada dq será similar, pero más complejo, el valor de la componente d no será constante ni el de la componente q será nulo.

El cálculo de la tensión de compensación trifásica a partir de las componentes dq dependerá de la estrategia de control. Aunque existen múltiples variantes de la técnica PWM (modulación del ancho de pulso), básicamente se pueden distinguir dos tendencias diferentes: PWM triangular y PWM con control vectorial. La primera de ellas exige disponer de las tensiones de compensación para cada fase, mientras que la segunda permite trabajar directamente con el resultado obtenido en componentes dq.

2.2.2 Cálculo de la tensión de compensación real

El cálculo de la tensión de compensación se debe realizar teniendo en cuenta la caída de tensión y el desfase originado por la presencia del filtro pasivo, así como la presencia del transformador y demás componentes que forman el DVR. Esto impone, cuando menos, investigar la relación que existe entre la tensión ideal de compensación en bornes del convertidor y la tensión real que inyecta el DVR.

El filtro pasivo (no se considera la instalación de un filtro activo, pues el control del mismo puede ser diseñado para no producir desfase ni caída de tensión) es probablemente el componente que ejerce una mayor influencia. El emplazamiento del filtro pasivo puede llevarse a cabo, básicamente, en dos lugares completamente diferenciados: en el lado de la red, en paralelo con el DVR, ver figura 8.a, o en el lado del DVR y en serie con este, ver figura 8.b. En el primer caso, no es necesario realizar ninguna corrección sobre el cálculo de la tensión de compensación dado que la tensión de salida del ondulador coincide con la inyectada por el DVR en la red, y si la corriente que se mide con la unidad de control es la corriente que circula por el transformador y no por la línea. En el segundo caso, es necesario introducir ciertos cambios en el cálculo de dicha tensión debido, principalmente, al desfase y la atenuación que el filtro provoca sobre la tensión de salida del ondulador.

n:1 Filtro Pasivo

Ondulador Trifásico

Ondulador Trifásico Filtro Pasivo

Vond

VRed VCarga

VComp

VComp

Vond

VRed VCarga

(a) (b)

n:1

(11)

Puesto que los cambios necesarios dependen del tipo de filtro instalado, en esta sección se analiza el filtro pasivo utilizado en este trabajo, un filtro pasa bajos de 2º orden, ver figura 9.a.

La figura 10 muestra el esquema monofásico de la red tras instalar un filtro pasivo de 2º orden en el circuito de la figura 8.b. La relación entre la tensión de compensación y la tensión generada en el ondulador será la siguiente.

(

carga

)

2 ond

2

comp I

1 RC LC

L R V

1 RC LC

1

V ⋅ ⋅

+ ⋅ + ⋅

⋅ + −

⋅ + ⋅ + ⋅

= n

s s

s s

s (12)

Se puede observar que la corriente que consume la carga influye sensiblemente en el cálculo de la tensión.

L R

C

Vin Vout

in 1 RC LC

1

out 2 V

V

+ ⋅ + ⋅ =

s s

a) Esquema del filtro

Frecuencia (rad/sec)

Fase (deg) Módulo (dB)

Diagramas Bode

8 0 100 120 140 160

1 0- 4 1 0- 3 1 0- 2

-200 -150 -100 -50 0

b) Respuesta frecuencial

Figura 9. Filtro pasivo pasa bajos de segundo orden.

L

Vond

R

C Vcomp

1:n

VRed

VCarga

Icarga

n·I carga

Ondulador Trifásico

(12)

Tras aplicar la transformada dq y realizar algunas manipulaciones matemáticas sobre la forma fasorial de la expresión (12), es posible obtener la tensión que debe generar el ondulador en coordenadas dq, sin tener en cuenta los parámetros de transformador,

(

)

(

)

(

)

(

)

         ⋅ − + ⋅ − ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ − = ⋅ + ⋅ − + ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ = ⋅ − + ⋅ + ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ = ⋅ − ⋅ − + ⋅ ⋅ − ⋅ ⋅ = − − + + + + + + + + + + V LC 1 V RC I R I L V V RC V LC 1 I L I R V V LC 1 V RC I R I L V V RC V LC 1 I L I R V -q comp -d comp -q carga -d carga -q comp -d comp -q carga -d carga q comp d comp q carga d carga q comp d comp q carga d carga 2 2 2 2 q ond d ond q ond d ond ω ω ω ω ω ω ω ω ω ω ω ω n n n n n n n n (13)

La necesidad de antitransformar estos resultados dependerá, como se ha dicho, del tipo de estrategia de control utilizada en el ondulador. Es importante observar que la configuración del DVR (ondulador + filtro + transformador) condiciona el funcionamiento del ondulador, éste siempre debe generar tensión. Si bien en ausencia de hueco de tensión el DVR no debería inyectar tensión, de la expresión (13) se deduce que sí se genera tensión, aunque la tensión de compensación sea nula. Esta tensión sería consecuencia de la caída de tensión que provoca la corriente de la carga al circular por el filtro y el transformador.

4 Simulación con ATP

4.1 Introducción

El procedimiento seguido en este trabajo es similar al empleado en trabajos previos con el ATP y relacionados con estudios de calidad de servicio. Se ha incorporado una librería de módulos que permiten realizar estudios de mitigación de huecos de tensión mediante un acondicionador dinámico de tensión, y que amplían las librerías ya existentes, presentadas en otros trabajos [23], [24].

La configuración básica del DVR implementado responde a la siguiente configuración, ver figura 7,

• Ondulador (de dos niveles, controlado mediante estrategia PWM)

• Dispositivo de almacenamiento de energía, o fuente de tensión continua ideal

• Filtro pasivo de 2º orden

• Unidad de control

• Transformador no saturable.

(13)

TABLA 1 - MÓDULOS PARA LA SIMULACIÓN DE UN DVR

TIPO DE APLICACIÓN

MÓDULO DESCRIPCIÓN

Condensador cargado mediante rectificador trifásico controlado.

Fuentes de tensión continua: ideal o mediante condensadores cargados; con o sin neutro accesible.

Acondicionador dinámico de tensión

(DVR)

Ondulador y estrategia de control (Se han desarrollado diversas variaciones, según la topología del DVR y su estrategia de control)

Filtro pasivo de segundo orden.

Transformador serie.

4.2 Simulación de un DVR en funcionamiento continuo

La figura 11 muestra el diagrama de la red en estudio y el diagrama generado con ATPDraw, empleando los iconos correspondientes a módulos ya disponibles y los desarrollados para este trabajo. El diagrama muestra una red con dos líneas alimentadas desde la misma subestación (‘SE VILAF’). Las líneas han sido representadas mediante tramos aéreos. A lo largo de cada línea se hallan instalados una serie de consumos representados mediante un transformador de potencia con una demanda lineal R-L asociada. Los principales parámetros de la red se resumen en el siguiente cuadro.

Parámetros eléctricos:

Subestación: 110 kV (50Hz), Scc=1500 MVA, (x/r)=10

Transformador de la subestación: 110/25 kV, Sn=10 MVA, Ecc=8%, (x/r)=10, Grupo de conexión: Ynd11

Puesta a tierra secundario de la subestación: Reactancia en Zig-Zag: Vn=25 kV, Zeq=75 Ω

Transformadores de distribución: 25/0.4 kV, Ecc=6%, (x/r)=10, Grupo de conexión: Dyn11

PT BD017 Sn=1 MVA, 750 kW cosϕ=0.8 PT BD012 Sn=1 MVA, 750 kW cosϕ=0.8

PT BD026 Sn=1 MVA, 750 kW cosϕ=0.8 PT BD090 Sn=1 MVA, 750 kW cosϕ=0.8

PT BD049 Sn=1 MVA, 750 kW cosϕ=0.8 PT BD092 Sn=1 MVA, 750 kW cosϕ=0.8

Líneas aéreas:

Conductor LA-56: R+/-=0.614 Ω/km, X+/-=0.391 Ω/km, R0=0.764 Ω/km, X0=1.564 Ω/km

Características del cortocircuito:

Tipo: Fase A – neutro, Rf=50.0 Ω, tdur=0.12 s, tinicio=0.05 s

(14)

LÍNEA 1

LÍNEA 2

1 2 3

5 6

7 8

10 9

10 km

5 km

10 km 5 km

5 km

5 km 5 km

5 km

5 km

Cf

n:1

Rf

Lf

Vdc

CARGAS SENSIBLES

+ Control

4

a) Diagrama de la red en estudio

PT BD092 PT BD026

PT BD049

PT BD090 PT BD012

SE VILAF

PT BD017

b) Diagrama generado con ATPDraw

(15)

-40 -20 0 20 40

30 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250

Tensión (kV)

Tiempo (ms) Fase A

a) Tensión en la entrada del DVR – Fase ‘a’

-40 -20 0 20 40

30 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250

Tensión (kV)

Tiempo (ms) Fase A

b) Tensión en la salida del DVR – Fase ‘a’

(16)

-40 -20 0 20 40

30 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250

Tensión (kV)

Tiempo (ms) Fase B

c) Tensión en la entrada del DVR – Fase ‘b’

-40 -20 0 20 40

30 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250

Tensión (kV)

Tiempo (ms) Fase B

d) Tensión en la salida del DVR – Fase ‘b’

(17)

-40 -20 0 20 40

30 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250

Tensión (kV)

Tiempo (ms) Fase C

e) Tensión en la entrada del DVR – Fase ‘c’

-40 -20 0 20 40

30 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250

Tensión (kV)

Tiempo (ms) Fase C

f) Tensión en la salida del DVR – Fase ‘c’

(18)

La Figura 13 muestra la evolución de la tensión en el lado de continua del convertidor cuando se instala un banco de condensadores. Se puede observar que la tensión decae de forma progresiva, lo que justifica la necesidad de recargar de forma permanente los condensadores.

5 6 7 8

30 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250

Tensión DC (kV)

Tiempo (ms)

Figura 13. Tensión resultante en el lado de continua del DVR.

5 Conclusiones

Este documento ha presentado la aplicación del ATP en la simulación de modernos dispositivos de mitigación. Las prestaciones del ATP han sido utilizadas en el desarrollo de una librería adaptada específicamente para la simulación de DVRs. Con el ejemplo incluido en el documento se ha probado la eficacia de este dispositivo en la mitigación de huecos de tensión. El trabajo futuro estará dedicado no sólo a mejorar los módulos actuales sino también a incluir nuevos dispositivos y estrategias de control, que permitan llevar a cabo un estudio comparativo orientado a la determinación de la opción más adecuada para proteger un determinado tipo de equipo.

6 Referencias

[1] M.F McGranaghan, D.R. Mueller y M.J. Samotyj, “Voltage sags in industrial systems,”

IEEE Trans. on Industry Applications, vol. 29, no. 2, pp. 397-403, March/April 1993. [2] J. Lamoree et al., “Voltage sag analysis case studies,” IEEE Trans. on Industry

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Figure

Figura 1. Ubicación de un DVR en una red de distribución.
Figura 2. Componentes básicos de un DVR.
Figura 3. Onda de tensión generada mediante estrategia PWM.  2.2  Estrategia de control
Figura 5. Representación de una magnitud trifásica en el plano  αβ.
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Referencias

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