Medida continua de la frecuencia en redes eléctricas con perturbaciones electromagnéticas conducidas de baja frecuencia
- Autores: Antonio López Ojeda
- Directores de la Tesis: Juan Carlos Montaño Asquerino (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Sevilla ( España ) en 2019
- Idioma: español
- Número de páginas: 279
- Tribunal Calificador de la Tesis: Patricio Salmerón Revuelta (presid.), Félix Biscarri Triviño (secret.), Antonio Moreno Muñoz (voc.), Salvador Pérez-Esteva (voc.), Carlos León de Mora (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería Informática por la Universidad de Sevilla
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Idus
- Resumen
Se ha realizado un análisis del estado del arte en la medida de la frecuencia de la red eléctrica.
Se ha desarrollado un marco de trabajo que permite realizar una comparación objetiva, realista y completa de los distintos métodos de medida de la frecuencia de la red eléctrica, facilitando la tarea de decidir qué método es el más adecuado en función de la aplicación que se vaya a hacer de la información de la frecuencia y de las características de perturbación del entorno donde se realicen las medidas.
Se ha elaborado de un banco de señales de prueba representativo de las perturbaciones electromagnéticas conducidas de baja frecuencia basado en la Norma Internacional IEC 61000 sobre compatibilidad electromagnética.
Se ha desarrollado un nuevo método de medida de la frecuencia que mejore el comportamiento de los métodos existentes para determinados tipos de perturbaciones electromagnéticas.
Se han simulado los distintos métodos de medida de la frecuencia con una herramienta matemática de alto nivel, con las señales de prueba propuestas y para distintas condiciones de ruido, de cuantificación y de frecuencia de muestreo de las señales utilizadas. Se han analizado los resultados simulados obtenidos, determinando para que señales de prueba, el nuevo método propuesto, mejora a los ya existentes.
Se han ejecutado los distintos métodos de medida de la frecuencia en un controlador digital de señal, comprobándose la viabilidad de realización en tiempo real de la mayoría de los métodos estudiados y la coherencia estos resultados experimentales con los resultados simulados.
Aportaciones más significativas:
• El entorno de trabajo desarrollado permite la comparación objetiva, realista y completa de los de medida de la frecuencia de la red eléctrica. Este entorno permite comparar no sólo los métodos considerados sino cualquier otro, actual o futuro.
• Del análisis de los resultados simulados se obtiene las siguientes conclusiones generales: o No existe un único método que sea mejor que, en cuanto a precisión, que todos los demás, para todas las perturbaciones electromagnéticas.
o Los métodos trifásicos son mejores, en general, que los métodos monofásicos.
o Los peores resultados se obtienen, para todos los métodos, tanto en sistemas monofásicos como trifásicos, cuando hay huecos de tensión y cuando hay interarmónicos en el rango de 0 a 100 Hz.
o Los peores métodos son PLLstd y SOGI-PLL, con errores del orden de los Hz y las décimas de Hz, respectivamente, incluso cuando no hay perturbaciones.
• Del estudio del efecto del ruido, la cuantificación y la frecuencia de muestreo sobre la estimación de la frecuencia de los distintos métodos de medida se obtienen las siguientes conclusiones: o En todos los métodos, el error aumenta en un factor de 10 por cada 20 dB de aumento en el nivel de ruido de las señales. En la mayoría de los métodos, el error provocado por el ruido es del mismo orden (mHz para un ruido de 60 dB). El método FO-Sidhu es el que peor se comporta, con un error del orden de la centena de mHz.
o En todos los métodos, el error aumenta en un factor de 2 por cada bit que disminuye la resolución de las muestras. En la mayoría de los métodos, el error provocado por la cuantificación es del mismo orden (décimas de mHz para una resolución de 12 bits). El método FO-Sidhu es el que peor se comporta, con un error del orden de las decenas de mHz.
o En la mayoría de los métodos, la frecuencia de muestreo no tiene efecto sobre el error. Únicamente para FO-Sidhu y FO-Wavelet, tiene efecto, aumentando el error al disminuir la frecuencia de muestreo.
• El nuevo método de medida de la frecuencia tiene mejores prestaciones (mayor exactitud) que los otros métodos estudiados en las siguientes situaciones: o Sistemas monofásicos: Se comporta mejor que los métodos PLLstd y SOGI-PLL para casi todas las señales de prueba.
Cuando no hay perturbaciones, se comporta mejor que el método FO-Wavelet y los métodos PLLstd y SOGI-PLL, siendo el error despreciable.
Cuando hay armónicos, se comporta mejor que los métodos PLL. Si, además, sólo hay armónicos impares, también es mejor que el método FO-Wavelet, siendo el error despreciable.
Con interarmónicos por debajo de 100 Hz, es mejor que el método PLLstd.
Con interarmónicos por encima 100 Hz, es mejor que el método PLLstd.
Con curva plana o curva de oscilación, es mejor que el método FO-Wavelet y que las tres versiones PLL.
Con fluctuación de tensión, es mejor que FO-Sidhu y que PLLstd.
Con huecos de tensión, se comporta mejor que las versiones Moore, Sidhu y Szafrant de los métodos FO y las tres versiones PLL.
Con variación de frecuencia, se comporta mejor que las versiones Moore, Szafrant y Wavelet de los métodos FO, y las versiones std y SOGI del método PLL.
o Sistemas trifásicos: Cuando no hay perturbaciones, se comporta mejor que el método FO-Wavelet, siendo el error despreciable.
Cuando hay armónicos, se comporta mejor que los métodos PLL. Si, además, sólo hay armónicos impares, también es mejor que el método FO-Wavelet, siendo el error despreciable.
Con interarmónicos por debajo de 100 Hz, es mejor que el método FO-Moore y FO-Sidhu.
Con interarmónicos por encima 100 Hz, es mejor que el método FO-Sidhu.
Con curva plana o curva de oscilación, es mejor que el método FO-Wavelet y que las tres versiones PLL, siendo el error despreciable.
Con desequilibrio de tensión, es más preciso que el método FO-Wavelet y las versiones PLL SRF y Iabc, siendo el error despreciable.
Cuando hay fluctuaciones de tensión, se comporta mejor que los métodos FO y el método 3EPLL-IIabc, siendo el error despreciable.
Con los tres tipos de huecos de tensión, se comporta mejor que las versiones Moore, Sidhu y Szafrant y que las tres versiones PLL. Para los huecos tipo A, se comporta mejor que FO-Wavelet.
Con variación de frecuencia, se comporta mejor que las versiones Moore, Szafrant y Wavelet de los métodos FO.
• Se ha comprobado la viabilidad de la realización en tiempo real de la mayoría de los métodos propuestos con una frecuencia de muestreo de 6400Hz (128 muestras por ciclo de red). La única excepción ha sido el método FO-Sidhu, para el que habría que bajar la frecuencia de muestreo a 800 Hz (16 muestras por ciclo de red).
