Control de un filtro activo paralelo basado en un conversor fuente de voltaje de 4-piernas aplicado a sistemas de distribución de 4-hilos

Abstract

El presente proyecto de tesis se centra en la implementación de un filtro activo con el objeto de solucionar algunos de los problemas asociados a la calidad de la energía en un sistema eléctrico trifásico con neutro o red trifásica de 4-hilos. En este tipo de sistemas se conectan típicamente cargas no-lineales, desbalanceadas e incluso monofásicas, produciéndose desbalances y distorsión armónica en las señales. Estas cargas son habituales en sistemas de baja tensión, donde ha aumentado el uso de electrodomésticos y otros sistemas electrónicos que pueden generar armónicos. Al existir desbalances y distorsión, se producen torques pulsantes en las máquinas, mayores pérdidas en los transformadores, problemas en los sistemas de iluminación, etc. Por estos motivos se deben utilizar filtros y compensadores que permitan la correcta operación del sistema de distribución. En esta tesis se propone el uso de filtros activos basados en electrónica de potencia. Para compensar el desbalance y distorsión se busca implementar filtros activos de conexión paralela a la red, compensando corrientes armónicas y de secuencia negativa definida por una carga no-lineal y/o desbalanceada. Para esto se realiza el control mediante la plataforma dSPACE DS1103 de un conversor trifásico 2L-VSC (2 Level-Voltage Source Converter, del inglés) y 4-piernas operando en modo corriente, con lo cual se compensan los armónicos y desbalances en la corriente desde el punto de vista de la red. Las corrientes de referencias para el sistema de control son obtenidas mediante la novedosa teoría de la potencia conservativa o CPT (Conservative Power Theory, del inglés) considerando las condiciones de operación de una microrred ubicada en una comunidad en el norte de Canadá. Además, se obtienen algunos resultados mediante la clásica teoría de las potencias instantáneas o p-q. Por otra parte, en una microrred pueden aparecer variaciones considerables en la frecuencia eléctrica, debido a la intermitencia de las fuentes de energía y a las estrategias de control droop que se utilizan para compartir carga entre las unidades de generación. Por ello, en este trabajo de investigación se implementa un sistema de controladores resonantes de forma auto-sintonizante de acuerdo a la frecuencia de operación y considerando todas las componentes de secuencia. Se identifican al menos tres aportes en este trabajo de tesis. El primero es la implementación de un filtro activo operando sobre una red de 4-hilos, estas redes son de interés en la operación de microrredes y redes débiles. La implementación también será la base para futuras investigaciones como, por ejemplo, el estudio de nuevas estrategias de control predictivo en filtros activos. El segundo aporte se refiere a la programación del controlador dSPACE DS1103 para el control de un conversor 2L-VSC y 4-piernas. La tercera y más relevante contribución es la aplicación del algoritmo CPT a un filtro activo de 4-piernas considerando variación de frecuencia en el sistema de distribución. Y más aun considerando el control de las componentes de corriente de secuencia positiva, negativa y cero.