Trabajo escrito para el curso: “Filtros Activos de Corrientes Armónicas”

1. Trabajo escrito para el curso: “Filtros Activos de Corrientes Armónicas” Autor: Ruben Chaer (rch@todo.com.uy) Prof.: Gonzalo Casaravilla Feb. 2003, Montevideo-Uruguay. Análisis de la publicación: Paolo Mattavelli, “Compensación Selectiva de Armónicos en bucle-cerrado para Filtros Activos”,IIE Trans. Ind. Applicat., vol. 37, Nº1, Jan./Feb. 2001.

2. IF Filtro Activo de Potencia IS IL Sistema Eléctrico Carga perturbadora

3. Introducción. Los Filtros Activos de Potencia (APF) son una herramienta poderosa para la compensación no solo de los armónicos de corriente producidos por cargas distorcionantes sino también para compensar potencia reactiva y desbalances introducidos por cargas no lineales o fluctuantes.

4. Las soluciones clásicas en el dominio del tiempo,tienen el inconveniente de de introducir un retardo en el APF el cual causa una compensación incorrecta con la consecuencia de un remanente de armónicos no deseados en la corriente de línea.

5. Estrategia de Control Planteada • 1) Un loop de corriente rápido directamente sobre el inversor para asegurar la protección de las llaves. • En la referencia analizada se comparan tres tipos posibles para esta realimentación. • “Control Lineal” (analógico), • “Control deadbeat” (digital) • “Control de Histéresis” (analógico).

6. 2) Realimentar las corrientes de línea en un blucle de realimentación “fino” que actúe sobre la referencia del bucle anterior. Mediate la operación de las señales en el dominio de la frecuencia se logra una cancelación exacta de los armónicos no deseados cuando el sistema alcanza el estado estacionario.

7. 3) Si es necesaria una respuesta dinámica rápida frente a variaciones rápidas de la corriente de carga, se propone agregar una realimentación de la corriente de carga para generar una referencia en un bucle rápido. En los transitorios, esta realimentación impide un apartamiento grande del objetivo esperando la actuación del control fino que se ocupará de la exactitud.

8. Iref - - - + Iref Control directo de las corrientes del Inversor + + + + e e Control rústico para respuestas rápidas Control Preciso Eliminación Selectiva de Armónicas IS IL Sistema Eléctrico Carga perturbadora IF VSI

9. IFa IFb IFc + Vdc Voltage Source Inverter (VSI)

10. Vdc Control Lineal del VSI. + - PI Iref_a - + +

11. ab b a ba ca c Control de Tiempo Muerto (deadbeat) del VSI. Medidas de corrientes Micro controlador. Calcula las conmutaciones de las llaves para el próximo período utilizándo el vector espacial Iref Vdc Vector espacial

12. Vdc Control por Banda de Histéresis del VSI. Comparador con histéresis Iref_a - + +

13. Control selectivo de armónicos. • Se propone realimentar las corrientes de línea mediante esta estrategia de control obteniendo una referencia de corriente para el control-directo del VSI antes visto. • En palabras, lo que hace es el ESPECTRO de las señales de entrada calcula la diferencia con lo deseado y crea una referencia para compensar exactamente estos apartamientos.

14. (t)->(f) IS IL Sistema Eléctrico Carga perturbadora IF VSI controlado en corriente • Estado estacionario. • Exactitud. • Lentitud. • Estabilidad. Acción selectiva sobre los armonicos (f)->(t)

15. REPRESENTACIONES DE UN SISTEMA TRIFASICO. • Positiva+Negativa+Homopolar • VECTOR ESPACIAL, • ESPECTRO COMPLEJOHerramientas ______________. • Marco de referencia Sincrónico. • Filtros selectivos.

16. El Complejo Gamma

17. Retardo Retardo dependiente de la componente (ejemplo) coeficiente retardador SERIE DE FOURIER

18. El sistema es invertible lo que nos da una forma de cálculo de (dih) en función de (abc): • Secuencia Positiva, Negativa y Homopolar. • Mostraremos que es posible encontrar tres funciones reales d(t), i(t) y h(t) tal que se puede escribir: Cómo los coeficientes en (-n) son iguales a los de (n) conjugados, tenemos que las señales (dhi) son reales.

19. b a x c El Vector Espacial

20. x wt X(f) w Ejemplo 1. VECTOR ESPACIAL Tono puro en cada fase. Orden directo (secuencia positiva). a(t) = cos( w t ) b(t) = cos( w t - 2pi/3 ) c(t) = cos( w t + 2pi/3 ) X(t) = 3/2 * e^(+j wt)

21. wt X(f) x -w Ejemplo 2. VECTOR ESPACIAL Tono puro en cada fase. Orden inverso. (secuencia negativa) a(t) = cos( w t ) b(t) = cos( w t + 2pi/3 ) c(t) = cos( w t - 2pi/3 ) X(t) = 3/2 * e^(-j wt)

22. x Ejemplo 3. VECTOR ESPACIAL Homopolar a(t) = cos(wt) b(t) = cos(wt) c(t) = cos(wt) X(t) =0

23. Hasta aquí vimos que mirando la componente para una frecuencia (fo) de las señales a(t), b(t) y c(t) , separando a su vez estas componentes en secuencia POSITIVA, NEGATIVA y HOMOPOLAR. Al construir el vector espacial de esas componentes y su espectro tenemos: La secuencia positiva corresponde a un vector espacial girando a velocidad angular 2*pi*fo lo que llevado al espectro de X(f) es una barra en f=+fo. La componente negativa corresponde a un vector espacial girando a velocidad angular -2*pi*fo lo que llevado al espectro de X(f) es una barra en f=-fo. La homopolar no aparece en el vector espacial.

24. Ck(x) +1 -1 Espectro COMPLEJO (del vector espacial) Secuencias Negativas Secuencias Positivas k

25. x Marco de Referencia Sincrónico

26. Secuencias Negativas Secuencias Positivas Ck(x) -1-n -2-n +1-n -3-n n+1-n 0-n n-1-n k +n-n Espectro COMPLEJO Desplazado por ->

27. * * Filtrado SELECTIVO

28. Estructura del Filtro Selectivo Propuesto en el artículo analizado. Is dqk1+ Filtro_k1 /dqk1+ /dqk1+ dqk1- Filtro_k1 Iref + x(t) dqk2+ Filtro_k2 /dqk2+ Cálculo del vector Espacial /dqk2+ dqk2- Filtro_k2