Elininación de perturbaciones de baja frecuencia en redes eléctricas mediante compensadores estáticos

Abstract

The increasing use of DC electronic devices connected to mains lead to numerous complications of harmonic distortion and efficiency reduction in electrical energy transmission. These devices behave as a marked non linear lads, which behavior lie in their topology and structure, but also in mains impedance as well as the neighbor loads impedance. In order to correct this situation, these loads can be modified or filters can be introduced. Filters are usually connected in parallel to de loads, to reduce harmonic generation. These filters can be active or passive. This thesis is devoted to parallel active filter topology and control method study; it also analyses and the filter behavior as soon as they are connected to the mains. More specifically, the thesis is focused in to hybrid filters study, coupled to the mains by a passive LC filter. The main contributions of this thesis, one and all supported by publications, are: a) Filter Topology: Various filter topologies show several problems, which are explained in detail on the document. Hybrid filter coupled to the mains by passive LC filters is adopted in this thesis and a new topology called "Neutral to Negative" (NtN) is proposed. This topology uses only one capacitor in the DC bus and therefore removes the DC balance requirement characteristic of split capacitors VSI topologies. b) Control and PWM modulation techniques: In these area contributions are concentrated in two features; a transformation based on 60º angles is proposed by contrast of the classic aß orthogonal transformation. This adaptation considerably simplifies to procure the VSI stages in case of systems without neutral wire. Furthermore a current controller and modulation technique has been developed to follow current track, in three and four-wire mains. c) Leading current control: A new method to reduce leading current in low load conditions has been developed. This method regulates the available voltage across coupling capacitors in order to obtain a specific di/dt; and is operational without losing filter properties. d) Non linear loads model: Harmonic filter introduction in power lines disturbs non-linear-loads (NLL) behavior and produce some harmonic amplification problems introduced in the last chapter. This chapter is devoted to obtain a NLL model in order to predict the load response when a filter is introduced. A model based in Neural Networks (NN) has been developed. This model is created making use of measure collection made where the filter is going to be connected. This NN model has been completed with an iterative method allowing to predict harmonic current changes in NLL when an active filter is connected.

La proliferación de equipos electrónicos alimentados en CC, conectados a la red, provoca multitud de problemas de distorsión armónica y una reducción de la eficiencia en la transmisión de la energía eléctrica. Estos equipos se comportan como cargas fuertemente no lineales, cuyo comportamiento depende de su topología y estructura, pero también de la impedancia de la red que los alimenta y de otras posibles cargas en paralelo, alimentadas por la misma red. Para corregir esta situación se puede optar por modificar las cargas o por introducir filtros, generalmente en paralelo con las mismas, para reducir la generación de armónicos. Los filtros para corregir esta situación pueden ser de dos tipos: activos o pasivos. La tesis se ha centrado en el estudio de la topología, los métodos de control y el comportamiento una vez conectados a la red de los filtros activos paralelo, denominados también APLC (Active Power Line Conditioners). Más concretamente, la tesis está centrada en el estudio de filtros híbridos, acoplados a red mediante un filtro pasivo LC serie. Las aportaciones básicas de la tesis, todas ellas avaladas por publicaciones, son las siguientes: a) Topología del filtro: Distintas topologías de filtros presentan diversos problemas, que se explican detalladamente en la memoria. En la tesis se ha optado por utilizar filtros híbridos acoplados a la red mediante un conjunto LC y se propone una nueva topología llamada "Neutro a Negativo" (NtN). La topología propuesta utiliza un solo condensador en el bus de CC y por tanto elimina la necesidad de equilibrar la tensión respecto a otras topologías basadas en convertidores VSI con bus de continua partido. b) Control y técnicas de modulación PWM: En el apartado de control, la tesis hace aportaciones en dos aspectos: Por una parte se ha introducido una transformación basada en ejes de referencia a 60º, en vez de la clásica descomposición en ejes ortogonales ( , ).Este cambio simplifica enormemente la obtención de los estados del VSI cuando el sistema al que va destinado es un filtro que no dispone de neutro. Por otra parte se ha desarrollado un regulador de corriente, y una nueva técnica de modulación para seguimiento rápido de la consigna, desarrollada para trabajar con redes de 3 y 4 hilos. c) Control de la corriente reactiva: Se ha desarrollado un nuevo método que permite reducir la corriente reactiva capacitiva que requiere el filtro híbrido en condiciones de poca carga. El método regula la tensión disponible en el condensador de acoplo, adaptándolo a la necesidad de crear un determinado di/dt. El método es aplicable sin pérdida de prestaciones del filtro. d) Modelado de cargas: La inserción de filtros de armónicos en la red, altera el funcionamiento de las cargas no lineales que los producen y genera ciertos problemas de amplificación que se han tratado en el último capítulo de la tesis, dedicado a obtener un modelo de dichas cargas no lineales y a poder predecir los resultados de la inserción de los filtros. Se ha desarrollado un modelo de las cargas basado en Redes Neuronales, que permite predecir el fenómeno de amplificación. El modelo se genera a partir de un conjunto de medidas tomadas en el punto donde se pretende conectar el filtro activo. Este modelo se ha completado con un método iterativo que permite predecir la variación de las corrientes armónicas consumidas por las cargas no lineales cuando se introduce un filtro activo en una instalación