Integrantes rafael p rez ord ez v ctor lituma silva marcos guerrero zambrano
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DISE O E IMPLEMENTACION DE UN COMPENSADOR ESTATICO DE POTENCIA REACTIVA DSTATCOM; BASADO EN UN CONVERTIDOR TRIFASICO CON PowerPoint PPT Presentation


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DISE O E IMPLEMENTACION DE UN COMPENSADOR ESTATICO DE POTENCIA REACTIVA DSTATCOM; BASADO EN UN CONVERTIDOR TRIFASICO CON

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Presentation Transcript


Integrantes rafael p rez ord ez v ctor lituma silva marcos guerrero zambrano

DISEO E IMPLEMENTACION DE UN COMPENSADOR ESTATICO DE POTENCIA REACTIVA (DSTATCOM); BASADO EN UN CONVERTIDOR TRIFASICO CON MODULACION SINUSOIDAL DE ANCHO DE PULSO (SPWM), CONTROLADO POR UN PROCESADOR DIGITAL DE SEALES (DSP TMS320C2000)

INTEGRANTES:

Rafael Prez Ordez

Vctor Lituma Silva

Marcos Guerrero Zambrano


Contenido

CONTENIDO

  • Planteamiento del problema

  • El DSTATCOM como solucin

  • Implementacin del DSTATCOM

  • Diseo del Control

  • Simulaciones

  • Prototipo

  • Conclusiones y Observaciones

  • Trabajo futuro


Planteamiento del problema

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA


C mo se ve afectada la calidad de la energ a

Factor de potencia

Variaciones de tensin de corta duracin (Sags/Swells)

Contenido de harmnicos (THD)

Fluctuaciones de Tensin (Flickers)

Cargas desbalanceadas

Cmo se ve afectada la Calidad de la Energa?


El dstatcom como soluci n para corregir el factor de potencia

EL DSTATCOM COMO SOLUCINPARA CORREGIR ELFACTOR DE POTENCIA


Caracter sticas del dstatcom

Se conecta en paralelo con la carga.

Genera/absorbe potencia reactiva inyectando corriente en la lnea utilizando un capacitor en el lado DC.

Puede inyectar/absorber potencia reactiva tambin si se utilizan bateras en el lado DC.

Cancela el efecto de cargas con bajo factor de potencia.

Cancela los armnicos de bajo orden.

Cancela el efecto de cargas desbalanceadas.

Basado en un convertidor de estado slido que normalmente usa topologa VSC (voltage source converter).

Caractersticas del DSTATCOM


Principio de operaci n

Principio de Operacin


Dstatcom vs svc

DSTATCOM vs SVC


Dstatcom como filtro activo

DSTATCOM como Filtro Activo

Funciona de manera similar en el modo de corrector de factor de potencia (PFC)


Implementaci n del dstatcom

IMPLEMENTACIN DEL DSTATCOM


Estructura interna del dstatcom

Estructura interna del DSTATCOM

  • ETAPA de FUERZA: convertidor, enlace de corriente, elemento almacenador de energa, y dispositivo acondicionador de seales.

  • ETAPA de CONTROL: controlador (DSP)


Dise o e implementacion de un compensador estatico de potencia reactiva dstatcom basado en un convertidor trifasico con

  • El convertidor es normalmente tipo VSC y esta compuesto por un puente inversor de 3 ramas, 3 hilos, asumiendo que la carga es balanceada. De lo contrario se utiliza una rama adicional para el neutro.


Dise o e implementacion de un compensador estatico de potencia reactiva dstatcom basado en un convertidor trifasico con

  • El enlace de corriente est constituido por una inductancia que facilita la transferencia de energa entre la red y el convertidor de potencia.

Vpcc

Load

Vsource

Ivsc

XL

+

-

Vvsc


Dise o e implementacion de un compensador estatico de potencia reactiva dstatcom basado en un convertidor trifasico con

  • El elemento almacenador de energa esta compuesto por grandes capacitores o bateras que garantizan el suministro constante de energa a los niveles requeridos por el sistema.


Dise o e implementacion de un compensador estatico de potencia reactiva dstatcom basado en un convertidor trifasico con

  • Dispositivo Acondicionador de seales transforma las seales medidas de tensin y corriente a niveles adecuados para las entradas anlogas del controlador.


Dise o e implementacion de un compensador estatico de potencia reactiva dstatcom basado en un convertidor trifasico con

  • El controlador garantiza la ejecucin de los procesos de compensacin adems de controlar el nivel de energa del elemento almacenador


Modulaci n spwm

Modulacin SPWM

  • Los puntos de interseccin entre la ondas sinusoidal de referencia y la triangular portadora determinan el ancho de los pulsos del voltaje de salida del convertidor VSC.


Dise o e implementacion de un compensador estatico de potencia reactiva dstatcom basado en un convertidor trifasico con

  • La sobre modulacin (M>1) conduce a un pulso cuadrado sin modulacin. Esto incrementa el contenido armnico.

  • A mayor frecuencia de la seal portadora, menor es el tamao de los filtros pasivos requeridos para filtrar la onda cuadrada.


Diagramas fasoriales en modo pfc

Carga R-L con un factor de potencia FP=0.69

Diagramas Fasoriales en Modo PFC

VsourceVvsc

Isource

Ivsc=0

-46.36

Vsource=Vvsc

-46.36

Ivsc

Iload

Isource=Iload

Sin Compensacin

Con Compensacin


Esquem tico del dstatcom usando plecs

Esquemtico del DSTATCOM usando PLECS


Diagrama completo del dstatcom en simulink

Diagrama Completo del DSTATCOM en Simulink


Dise o del control

DISEO DEL CONTROL


Dise o e implementacion de un compensador estatico de potencia reactiva dstatcom basado en un convertidor trifasico con

Modelamiento de la Planta


Dise o e implementacion de un compensador estatico de potencia reactiva dstatcom basado en un convertidor trifasico con

  • Despus de aplicar la transformacin abc-dq0 se obtienen las ecuaciones:

  • Se cancelan los trminos cruzados con feedforward y no se consideran los trminos que son constantes. Las dos funciones de transferencia de la planta se simplifica en:


Dise o del controlador con sisotool

Diseo del Controlador conSISOTOOL

  • El objetivo es conseguir una ancho de banda de aproximadamente 1kHz con un margen de fase de 70 grados.


Controlador completo

Controlador Completo

  • El controlador PI obtenido es el mismo para los dos canales. Gc=Kc*(s + a)/s, Kc=6.2118, a=2172


Simulaciones

SIMULACIONES


Dise o e implementacion de un compensador estatico de potencia reactiva dstatcom basado en un convertidor trifasico con

  • FP=0.69 antes correccin

  • FP=0.98 despus correccin


Dise o e implementacion de un compensador estatico de potencia reactiva dstatcom basado en un convertidor trifasico con

  • Potencia Activa, Reactiva y Corrientes


Dise o e implementacion de un compensador estatico de potencia reactiva dstatcom basado en un convertidor trifasico con

  • Voltajes


Prototipo

PROTOTIPO


Dise o e implementacion de un compensador estatico de potencia reactiva dstatcom basado en un convertidor trifasico con

Equipo Implementado

TRANSFORMADORES

  • Transformadores 110 Vac/6Vac 500 mA.

  • Conexin Y-Y aterrizada.


Dise o e implementacion de un compensador estatico de potencia reactiva dstatcom basado en un convertidor trifasico con

MODULO DE ACONDICIONAMIENTO

Y CONTROL

  • Acondiciona seales para el DSP (0-3Vac)

  • Se tienen controles de magnitud y fase.


Dise o e implementacion de un compensador estatico de potencia reactiva dstatcom basado en un convertidor trifasico con

MODULO DE AISLAMIENTO

  • Recibe los pulsos de control del DSP

  • Buffer analgicos

  • Opto-acopladores


Dise o e implementacion de un compensador estatico de potencia reactiva dstatcom basado en un convertidor trifasico con

MODULO DE FUERZA

  • Aqu reside el IRAMY20UP60B


Dise o e implementacion de un compensador estatico de potencia reactiva dstatcom basado en un convertidor trifasico con

PROCESADOR DIGITAL DE

SEALES (DSP)

  • Familia TMS320C2000

  • Tarjeta eZdspTMF2812

  • Procesador digital de seal TI TMS320F2812


Dise o e implementacion de un compensador estatico de potencia reactiva dstatcom basado en un convertidor trifasico con

EQUIPO ENSAMBLADO


Programa a cargar al dsp

PROGRAMA A CARGAR AL DSP


Dise o e implementacion de un compensador estatico de potencia reactiva dstatcom basado en un convertidor trifasico con

Entrada de seales y generacin PWM


Mediciones

Mediciones

Corrientes de la carga y convertidor

(implementacin fsica) carga R=75 y L=35mH

Corriente de la Carga

Corriente del Convertidor


Mediciones1

Mediciones

Diagrama fasorial

VLN de la carga

Corriente de la fuente


Dise o e implementacion de un compensador estatico de potencia reactiva dstatcom basado en un convertidor trifasico con

Voltaje en el punto de acoplamiento comn PCC


Dise o e implementacion de un compensador estatico de potencia reactiva dstatcom basado en un convertidor trifasico con

FP antes de la

compensacin

FP despus de la

compensacin

THD voltaje de la fuente

THD corriente de la fuente


Conclusiones y observaciones

CONCLUSIONESYOBSERVACIONES


Dise o e implementacion de un compensador estatico de potencia reactiva dstatcom basado en un convertidor trifasico con

  • El DSTATCOM como compensador esttico, permiti disear y planificar la implementacin de un compensador de potencia reactiva controlado por medio de un DSP.

  • Previo al acoplamiento fsico, se tom precauciones para los valores de salida de corriente del convertidor en la sobremodulacin. La corriente de salida del convertidor puede llegar a 30 A. Valores muy peligrosos para la implementacin fsica, dada las limitaciones de las protecciones escogidas para el diseo.

  • Por medio de Simulink/MATLAB y Target for TI C2000, se implementa el programa que nos ayuda a controlar la magnitud y fase, con las transformaciones y manipulacin de las seales en el DSP.

  • La expectativa de un comportamiento diferente de las corrientes de la carga, fuente y convertidor se cumpli. La corriente de la carga es sinusoidal, en concordancia con el voltaje terminal sinusoidal que esta recibe. Por otro lado las corrientes de la fuente y convertidor presentan distorsin.


Dise o e implementacion de un compensador estatico de potencia reactiva dstatcom basado en un convertidor trifasico con

  • Al limitar la corriente de salida del convertidor a 5 A, la respuesta del convertidor para un ndice de modulacin (m) de 0.7 presenta una amplitud de 1.4 A.

  • No se esperaba un perfil de onda tan irregular para el ndice de modulacin anterior. La calibracin de los potencimetros no permita un rango flexible de variacin de voltaje para apreciar el comportamiento de inyeccin de corrientes reactivas.

  • El perfil de forma de onda de la corriente del convertidor es distorsionado como consecuencia de la componente armnica de la corriente de inyeccin del compensador.


Dise o e implementacion de un compensador estatico de potencia reactiva dstatcom basado en un convertidor trifasico con

  • Para una amplitud de voltaje de la red alterna de distribucin mayor a , se entra en sobremodulacin.

  • El factor de potencia intrnseco de la carga de prueba se aproxima a 0.7 antes de la compensacin. Luego de la compensacin para un m=0.7, tal factor de potencia se aproxima a un valor de 0.99.

  • La potencia reactiva suministrada por el DSTATCOM compensa a la entregada por la fuente de distribucin, obteniendo con ello un incremento de 0.07 kW hasta un valor de 0.16 kW en la potencia activa suministrada por la fuente.

  • El convertidor implementado genera un THD corriente de 6.1% y THD voltaje de 3.3%, lo que cumple las normas IEEE 519-1992 de control de armnicos, para el control de calidad de la energa.


Trabajo futuro

TRABAJO FUTURO


Dise o e implementacion de un compensador estatico de potencia reactiva dstatcom basado en un convertidor trifasico con

  • Implementar el control en cascada con lazo cerrado para ver el comportamiento dinmico del DSTATCOM ante una perturbacin de la red.

  • Desarrollar un laboratorio virtual para realizar estudios de calidad de energa mediante el uso de los diversos dispositivos implementados en los trabajos de graduacin.


Gracias

GRACIAS


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