Aportaciones al control de un rectificador activo monofásico
- Autores: Héctor Rivas Guerrero
- Directores de la Tesis: Joan Bergas Jané (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) ( España ) en 2010
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Mircea Chindris (presid.), Daniel Montesinos Miracle (secret.), Salvador Orts Grau (voc.)
- Materias:
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- Resumen
En la actualidad, la presencia de la electrónica de potencia dentro de los sistemas resulta una realidad irrefutable. Integrar fuentes de energía alternativas como la fotovoltáica a la red, introducir mejoras en la calidad de la energía consumida, recargar las baterías de vehículos eléctricos o compensar consumos de reactivos son ejemplos de aplicaciones de convertidores compuestos por electrónica de potencia. El comportamiento de estas nuevas cargas ofrece una mayor capacidad de interacción entre la generación y el consumo. Para hacerlo viable se precisan algoritmos que indiquen en todo instante de tiempo la fase de las tensiones y corrientes presentes en el sistema o como PLL por sus siglas en inglés, Phase Locked Loop. Gracias a estos algoritmos y al empleo de controladores, se manipula la corriente consumida. Por otra parte, la conexión de convertidores al sistema eléctrico comporta ciertos aspectos desfavorables, siendo uno de ellos el incremento de la presencia de algunos tipos de falla dentro de las señales de tensión y corriente, por ejemplo perturbaciones de alta frecuencia tipo notch, huecos de tensión o incrementos en la tasas de distorsión armónica. Ante las distorsiones, se hace necesario disponer de algoritmos capaces de funcionar con altas prestaciones en escenarios profusamente perturbados. Se desarrolla inicialmente un algoritmo que emplea filtros notch adaptativos basados en la estructura pasatodo de segundo orden de Lattice para obtener una señal imagen de la entrada y libre de perturbaciones. Gracias a que el filtro posee una ganancia unitaria para toda frecuencia y produce un desfasaje de 180º a la frecuencia de corte, realizando una simple suma entre la entrada y salida del filtro, se obtiene la componente de la señal a la frecuencia de sintonización, libre de las perturbaciones presentes en la entrada. De esta manera se aborda el primer objetivo de la tesis que consiste en calcular la frecuencia de una señal de tensión o corriente altamente perturbada. Al basarse en un algoritmo adaptativo, es capaz de funcionar en sistemas donde se puedan producir cambios en la frecuencia. En sistemas monofásicos las soluciones planteadas para algoritmos de PLL son pocas, debido a que se cuenta con una sola señal de referencia. Las existentes son especialmente susceptibles a ruidos de alta frecuencia o poco flexibles ante cambios en el valor de la frecuencia. Por otra parte, el filtro posee la capacidad de generar un sistema ortogonal en fase con la señal de entrada, que además se encuentra libre de perturbaciones, siendo otra aportación la deducción de la ganancia instantánea para la función de transferencia del sistema ortogonal. Esto garantiza que el sistema es imagen de la entrada en fase y magnitud. El inminente crecimiento de tecnologías sobre redes inteligentes (Smartgrids) o el aprovechamiento de la energía almacenada en las baterías de vehículos en proceso de cargas en zonas residenciales (V2G) condicionan la necesidad de proponer un algoritmo que incluya la PLL dentro del control para un convertidor monofásico bidireccional CA-CD. Los controladores empleados son PID, cuyas variables de referencia se obtienen a partir de la PLL. Se ensayan en primer lugar, bucles de control de corriente bajo dos estrategias; una primera síncronas que emplea el filtro notch y transformadas de Park y posteriormente y la segunda trabaja como variables de referencia directamente las componentes del sistema ortogonal. En segundo lugar, se implementa el bucle de tensión sobre el voltaje CD del convertidor. Al implementar el bucle de control de tensión se contempló un rizado compuesto por una señal del doble de la frecuencia fundamental de la señal de entrada. Este rizado se traslada a la corriente consumida por el convertidor como una componente frecuencial del tercer armónico. Para mitigar este efecto, como aportación final de la tesis, se propone la aplicación de un filtro notch adaptativo a la señal de tensión CD empleada en el control del convertidor. Este filtro se sintoniza al doble de la frecuencia fundamental de la señal de tensión CA, eliminando el efecto del rizado sobre la corriente consumida del sistema. Con el desarrollo de esta tesis y el alcance de los objetivos planteados, se espera haber contribuido a incluir dentro del campo de los controles para convertidores monofásicos un elemento tan potencialmente decisivo como son los filtros notch adaptativos. Gracias a ellos, se abre un significativo abanico de posibilidades de trabajo, reflejado en las líneas futuras de investigación orientadas a determinación de THD mediante el empleo de filtros notch adaptativos o a la medición de valores RMS de señales a partir de la aplicación de filtros.
