Resumen de Metodología de sintonización para controladores PI en filtros activos de potencia

Raúl Terán González, Javier Pérez Ramírez, José Antonio Beristáin Jiménez

• español

  Una estrategia común de control aplicada a filtros activos monofásicos de potencia es aquella llamada “control en cascada” la cual se compone de un lazo interno para el control de la corriente de salida y de un lazo externo para la regulación del voltaje en el bus de cd; en cada lazo de control es asignado un controlador PI, mismo que se requiere sintonizar de manera adecuada. Con esto, la finalidad este trabajo es proponer una metodología de sintonización sistemática que permita la obtención de la ganancia proporcional kP y la constante de tiempo Ti para los controladores PI en aplicaciones de filtros activos monofásicos. Se han elegido controladores PI debido a su simplicidad, facilidad de implementación y a que es uno de los más utilizados en la industria. Aun cuando el modelo del filtro activo es no lineal, se encontró una manera de representarlo como dos funciones de transferencia conectadas en cascada. A partir de esta representación y haciendo las suposiciones adecuadas, el modelo se simplificó de manera que se logró sintonizar de forma separada tanto el lazo externo como el lazo interno. Asumiendo que el esquema de control se implementa en un dispositivo digital, se ha tomado como referencia la frecuencia de muestreo fs. La sintonización del PI del lazo interno se basa en hacer que la función de transferencia en lazo cerrado tenga ganancia unitaria y una fase cero, para lograr un buen seguimiento en el rango de frecuencias que se desea compensar. Así mismo la sintonización del PI del lazo externo se basa en el cálculo de los parámetros de respuesta al escalón, con el fin de regular el voltaje del bus de cd. Para validar la consistencia de la metodología se presentan resultados con distintos valores de frecuencia de muestreo y voltaje de la red eléctrica. Se muestran resultados en simulación y experimentación.

• English

  A common strategy to control a single phase active power filter is that called “cascade control” which is composed by two loops, one internal loop for the output current and one external loop for the dc bus voltage regulation; for each control loop, a PI controller is assigned, which needs to be tuned correctly. The objective of this work is to propose a systematic tuning-methodology that allows to obtain the proportional gain kP and the time constant Ti for PI controllers. PI controllers have been chosen because of their simplicity, easiness to implement and its wide industrial use. Even though the active filter model is non-linear, a way of representing it as a two transfer function connected in cascade was found. From this representation and doing necessary assumptions, the model was simplified, making that those both loops could be tuned separately. Assuming that the control scheme is implemented in a digital device, the sampling frequency fs has been taken as a reference. The PI tuning of the internal loop is carried out making the closed loop transfer function have unit gain with zero phase. This last allows a good reference tracking in the harmonic current frequencies range. Likewise, the PI tuning of the external loop is based on the calculation of the parameters to the step response, in order to regulate the dc bus voltage. To validate the consistency of the methodology, results are presented with different values of sampling frequency and voltage of the electrical grid. Simulation and experimental results are shown.