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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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Presentation Transcript


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

  • Planteamiento del problema

  • El DSTATCOM como solucin

  • Implementacin del DSTATCOM

  • Diseo del Control

  • Simulaciones

  • Prototipo

  • Conclusiones y Observaciones

  • Trabajo futuro


PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA


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 SOLUCINPARA CORREGIR ELFACTOR DE POTENCIA


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 Operacin


DSTATCOM vs SVC


DSTATCOM como Filtro Activo

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


IMPLEMENTACIN 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)


  • 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.


  • 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


  • 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.


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


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


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.


  • 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.


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


Esquemtico del DSTATCOM usando PLECS


Diagrama Completo del DSTATCOM en Simulink


DISEO DEL CONTROL


Modelamiento de la Planta


  • 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:


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

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


SIMULACIONES


  • FP=0.69 antes correccin

  • FP=0.98 despus correccin


  • Potencia Activa, Reactiva y Corrientes


  • Voltajes


PROTOTIPO


Equipo Implementado

TRANSFORMADORES

  • Transformadores 110 Vac/6Vac 500 mA.

  • Conexin Y-Y aterrizada.


MODULO DE ACONDICIONAMIENTO

Y CONTROL

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

  • Se tienen controles de magnitud y fase.


MODULO DE AISLAMIENTO

  • Recibe los pulsos de control del DSP

  • Buffer analgicos

  • Opto-acopladores


MODULO DE FUERZA

  • Aqu reside el IRAMY20UP60B


PROCESADOR DIGITAL DE

SEALES (DSP)

  • Familia TMS320C2000

  • Tarjeta eZdspTMF2812

  • Procesador digital de seal TI TMS320F2812


EQUIPO ENSAMBLADO


PROGRAMA A CARGAR AL DSP


Entrada de seales y generacin PWM


Mediciones

Corrientes de la carga y convertidor

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

Corriente de la Carga

Corriente del Convertidor


Mediciones

Diagrama fasorial

VLN de la carga

Corriente de la fuente


Voltaje en el punto de acoplamiento comn PCC


FP antes de la

compensacin

FP despus de la

compensacin

THD voltaje de la fuente

THD corriente de la fuente


CONCLUSIONESYOBSERVACIONES


  • 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.


  • 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.


  • 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


  • 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


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