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Mejora de la calidad de la energía mediante dispositivos DSTATCOM, DVR y UPQC
prólogo
Idealmente, un sistema de distribución de energía debería proporcionar a los clientes un flujo ininterrumpido de energía con voltajes sinusoidales uniformes a niveles de magnitud y frecuencias contraídos. fuente de alimentación.
Como resultado de la carga no lineal, se pierde la pureza de la forma de onda de la fuente de alimentación. Esto causa muchos problemas de calidad de energía. Los fenómenos de calidad de la energía o las perturbaciones de la calidad de la energía se pueden definir como desviaciones de las formas de onda ideales de voltaje y corriente.
En los sistemas de energía, la regulación de voltaje cumple una función esencial para minimizar las interrupciones de voltaje, como las caídas, subidas y armónicos, mejorando la calidad, la confiabilidad y la disponibilidad de la energía. De acuerdo con IEC (Comisión Electrotécnica Internacional), la especificación de voltaje debe estar dentro de ±6% de la especificación de voltaje.
Numerosos dispositivos de energía se utilizan en los sistemas de energía para mitigar todos los problemas de calidad de la energía.
fuente de alimentación personalizada
La clasificación de los dispositivos de potencia personalizados se puede dividir en dos categorías principales. Uno es el tipo de configuración de red y el otro es el tipo de compensación.
Los dispositivos en red cambian la configuración de la red eléctrica para mejorar la calidad de la energía. SSCL (Limitador de corriente de estado sólido), SSCB (Disyuntor de estado sólido) y SSTS (Interruptor de transferencia de estado sólido) son los más representativos en esta categoría.
Los dispositivos compensados se utilizan para el filtrado activo. Equilibrio de carga, corrección del factor de potencia, regulación de tensión. Los dispositivos de compensación incluyen DSTATCOM (compensador estático de distribución), DVR (restaurador de voltaje dinámico) y regulador de calidad de energía integrado (UPQC).
En los sistemas de potencia, las cargas no lineales generan armónicos que distorsionan la forma de onda de la corriente de carga. Los problemas de calidad de la energía incluyen caídas/aumentos de voltaje, distorsión armónica de voltaje de carga y desequilibrio.
- DSTATCOM (compensador estático de distribución) es un dispositivo de compensación utilizado para controlar el flujo de potencia reactiva en un sistema de distribución y minimizar los problemas relacionados con la corriente en el sistema, operando en paralelo con la red eléctrica.
- DVR (Dynamic Voltage Restorer) es un dispositivo de compensación utilizado para detectar y compensar todos los problemas relacionados con el voltaje en un sistema de energía, trabajando en serie con la red.
- UPQC (Unified Power Quality Conditioner) es una combinación de DVR y DSTATCOM, que se utiliza para mantener todos los problemas relacionados con la corriente y el voltaje y mejorar la calidad de la energía del sistema de energía.
Estos tres dispositivos se denominan filtros de potencia activa.
- Los filtros activos tienen la ventaja de compensar armónicos sin preocuparse por la potencia reactiva de la frecuencia fundamental. Actualmente, se basan en convertidores PWM, conectados en derivación o en serie a sistemas de distribución de baja y media tensión.
- Un filtro de potencia activo en serie debe funcionar junto con un filtro pasivo de derivación para compensar los armónicos de corriente de carga. Un filtro de potencia activo en derivación actúa como una fuente de corriente controlable y un filtro de potencia activo en serie actúa como una fuente de voltaje controlable.
- Ambos esquemas son adecuados para implementarse en un inversor PWM de fuente de voltaje con un bus de CC con elementos reactivos como capacitores. Los filtros de energía activos pueden realizar una o más funciones requeridas para la compensación del sistema de energía y la mejora de la calidad de la energía. Las clasificaciones de potencia activa pueden ser inferiores a las que los filtros pasivos pueden superar para la misma carga no lineal, y los filtros activos están sujetos a resonancias del sistema que pueden mover los problemas armónicos de una frecuencia a otra.
DSTATCOM – (compensador estático distribuido)
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- El acoplamiento DSTATCOM es trifásico en paralelo con la red y la carga. Actuando como una fuente de corriente conectada en paralelo con una carga no lineal, no solo proporciona potencia reactiva, sino que también produce las corrientes armónicas requeridas por la carga.
- El rendimiento de DSTATCOM depende del algoritmo de control e. Extracción del componente actual. Para este propósito, existen muchos esquemas de control informados en la literatura, algunos de estos son la teoría de la potencia reactiva instantánea (IRP), la compensación instantánea, el componente simétrico instantáneo, la teoría del marco de referencia síncrono (SRF), los cálculos fase por fase basados en , y esquemas basados en redes neuronales. Entre estos esquemas de control, la teoría de la potencia reactiva instantánea y el marco de referencia giratorio síncrono son los más utilizados.
- Para compensar el componente no deseado de la corriente de carga, DSTATCOM inyecta corriente en el punto de acoplamiento común. Con las estrategias de control adecuadas, también es posible corregir el factor de potencia y las cargas desequilibradas. Este principio se puede aplicar a cualquier tipo de carga considerada fuente de armónicos.
- Su ventaja es que solo transporta una corriente de compensación y una pequeña cantidad de corriente de base efectiva que se suministra para compensar las pérdidas del sistema.
DVR- (Restaurador de voltaje dinámico)
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- Un dispositivo dinámico de recuperación de voltaje (DVR) detecta y compensa las caídas de energía de CA, aislando la carga de estos problemas de confiabilidad de energía.
- Un DVR consta de una fuente de alimentación de CC, un convertidor IGBT y un transformador de inyección en serie con una línea de alimentación y una carga sensible. Las fuentes de alimentación de CC que se pueden utilizar son baterías, supercondensadores, unidades de almacenamiento magnético superconductoras y volantes.
- Una caída en el voltaje de la línea de alimentación de CA entrante puede propagarse a través de la red eléctrica debido a una sola falla en la línea del alimentador de distribución. El DVR detecta la caída y utiliza un convertidor IGBT para generar alimentación de CA a partir de la fuente de alimentación de CC.
- Un transformador entrega la energía generada a la línea para corregir la caída y garantizar que las cargas sensibles reciban una alimentación de entrada de CA confiable.
- El DVR inyecta la diferencia entre el voltaje de caída previa y el voltaje de caída al suministrar el requisito de potencia activa del dispositivo de almacenamiento de energía junto con la potencia reactiva. La capacidad máxima de inyección de un DVR está limitada por su clasificación de almacenamiento de energía de CC y la relación del transformador de inyección de voltaje.
- Para tres DVR monofásicos, la magnitud del voltaje inyectado se puede controlar individualmente. La tensión inyectada está sincronizada con la tensión de la red (es decir, misma frecuencia y ángulo de fase).
UPQC – (regulador unificado de calidad de energía)
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- El acondicionador de calidad de energía unificado es un dispositivo de energía personalizado que se utiliza en los sistemas de distribución de energía para mitigar las perturbaciones que afectan el rendimiento de las cargas sensibles o críticas. Es un tipo de APF híbrido y el único dispositivo de propósito general que puede mitigar simultáneamente varios problemas de calidad de energía relacionados con el voltaje y la corriente, por lo que puede compensar diversas perturbaciones de voltaje en la fuente de alimentación, corregir fluctuaciones de voltaje. Es un dispositivo multifuncional. dispositivo que evita la carga armónica. Evita que la corriente entre en el sistema de potencia.
- La mejor protección contra cargas sensibles de fuentes de mala calidad es la conexión en serie de derivación o el regulador de calidad de energía integrado (UPQC). Utilice un regulador de calidad de energía integrado para resolver casi cualquier problema de calidad de energía, incluidos apagones, apagones, sobrecorrección del factor de potencia y armónicos de corriente y voltaje.
- El regulador de calidad de energía integrado (UPQC) para cargas no lineales y sensibles al voltaje tiene las siguientes características:
- La calidad de la corriente comercial para cargas no lineales mejora debido al rechazo de armónicos en la corriente de suministro.
- UPQC proporciona los requisitos de VAR de la carga, por lo que el voltaje y la corriente de suministro siempre están en fase, por lo que no se requiere equipo adicional de corrección del factor de potencia.
- UPQC mantiene el voltaje final de carga en el valor nominal incluso cuando cae el voltaje de suministro.
- El voltaje inyectado por el UPQC para mantener la carga a través del voltaje en el valor deseado se toma del mismo enlace de CC, por lo que no se requiere soporte de voltaje de enlace de CC adicional en el compensador en serie. Un UPQC consta de dos inversores trifásicos conectados en cascada de forma que uno de los inversores se conecta en serie con la tensión de alimentación a través de un transformador y el otro inversor se conecta en paralelo con la carga.
- El objetivo principal del compensador de derivación es compensar la potencia reactiva demandada por la carga, rechazar los armónicos y regular el voltaje del enlace de CC común. El compensador en serie funciona en modo de control de voltaje PWM. Inyecte el voltaje en cuadratura con respecto al voltaje de suministro (corriente) para que el voltaje a través de la carga se mantenga siempre en el valor deseado. Los dos inversores trabajan en concierto.
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