Realizó un análisis y validación experimental de un algoritmo de control aplicado a un filtro activo de potencia para la compensación de potencia reactiva y corrientes armónicas

«Análisis y validación experimental de un algoritmo de control aplicado a un filtro activo de potencia para la compensación de potencia reactiva y corrientes armónicas», se denomina la presentación del Trabajo Final de Grado (TFG) que presentó el ahora ingeniero Alejandro Iván Espinoza Miranda, como última prueba para egresar de la carrera de Ingeniería Mecatrónica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Asunción (FIUNA). La exitosa defensa del trabajo se llevó a cabo el martes 29 de diciembre en la Institución.

En las últimas décadas la demanda de energía eléctrica a nivel mundial ha tenido un incremento considerable. Esta problemática energética potenció el interés investigativo en las áreas de las energías renovables y principalmente estudios en la eficiencia y calidad de la energía eléctrica. Cabe destacar que el desafío actualmente para nuestro país no es solo satisfacer la demanda de potencia eléctrica, sino también garantizar una energía eléctrica de calidad, la que se describe como un suministro ininterrumpido con una forma sinusoidal sin variaciones de amplitud o frecuencia, sin distorsiones armónicas y que pueda mantener equipos en funcionamiento sin dañarlos. Los principales problemas que atacan a la calidad de la energía eléctrica son el bajo factor de potencia y la distorsión armónica en la corriente.

Las cargas en los sectores residenciales se tornaron más alineales por el creciente número de equipos electrónicos. Solo algunas décadas atrás, los armónicos y la potencia reactiva no se consideraban un problema porque sus efectos en las redes de distribución eran por lo general poco importantes, pero esta tendencia tiene su correspondiente impacto en el sistema eléctrico, debido a que provocan sobrecargas y pérdidas en los transformadores, conductores, etc. En muchos casos provocan cortes de suministros, principalmente por avería de los transformadores de distribución. Todos los problemas de calidad de energía se traducen en pérdidas para el sistema de distribución de energía eléctrica, principal problema del sistema eléctrico nacional.

La última novedad en materia de filtrado de armónicos y compensación de la potencia reactiva son los filtros activos de potencia (APF, del inglés Active Power Filter). El principio de funcionamiento de los APF es la inyección de corriente a un punto de acoplamiento común (PCC, del inglés Point ́ of Common Coupling), situado entre la carga y la red. De esta manera inyectando adecuadamente una corriente de compensación, se logra la eliminación de la potencia reactiva y la distorsión armónica, generada por cargas reactivas y no lineales. Para que los APF actúen como una medida mitigación necesitan de convertidores electrónicos de potencia y algoritmos o estrategias de control para lograr inyectar las corrientes de compensación a la red eléctrica. De lo anteriormente citado se encuentra como una solución factible para la compensación de la potencia reactiva y la atenuación de la distorsión armónica en las redes eléctricas, la investigación de nuevos algoritmos de control aplicados a las nuevas topologías de convertidores de potencia, con los cuales se construyen los APF.

Con el Trabajo Final de Grado se implementó a nivel de simulación dos algoritmos de control basados en el controlador predictivo para que un convertidor CHB de siete niveles opere como APF con el objetivo de compensar potencia reactiva y atenuar corrientes armónicas. Se validaron experimentalmente ambos algoritmos mediante una bancada experimental realizando pruebas a baja potencia, los cuales estuvieron muy cerca de los valores observados en las simulaciones realizadas. Se analizaron y compararon estadísticamente los resultados obtenidos en simulación y experimentalmente mediante parámetros de rendimiento de los algoritmos, y parámetros de calidad de red.

La aplicación del controlador MBPC ́ α − β al APF basado en el convertidor CHB de 7 niveles mostró resultados óptimos en cuanto a la compensación de potencia reactiva, no obstante introduce un valor ́considerable en el THD tanto en voltajes como en corrientes de la red eléctrica. Presenta un bajo MSE en el seguimiento de la corriente de referencia y valores estables en los voltajes de los capacitores del bus dc. La aplicación del controlador MBPC ́ d − q al APF basado en el convertidor CHB de 7 niveles mostró resultados prometedores en cuanto a la compensación de corrientes armónicas. En el seguimiento de la corriente de referencia mostró un bajo MSE y valores estables en los voltajes de los capacitores del bus dc, cumpliendo los objetivos propuestos para el control.

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