Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL FACULTAD REGIONAL.

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2 Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL FACULTAD REGIONAL BUENOS AIRES Departamento de Ingeniería Eléctrica

3 Resumen de temas. Armónicos. Filtros. Modelo trifásico en coordenadas d-q. Estimación de armónicas. Modelo de filtros activos. Control óptimo. Ejemplos numéricos. Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio.

4 Armónicos Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio.

5 Armónicos De acuerdo con la teoría de Fourier, toda señal periódica admite una descomposición en senos y cosenos de frecuencia múltiplo entero de la fundamental. Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio.

6 Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio.

7 Corrientes armónicas: Fuentes. Fuentes de tensión con rectificadores. Inductancias con núcleo de hierro en saturación. Variadores de velocidad, arrancadores suaves para motores. Lámparas de bajo consumo. Hornos de arco de acerías. Toda carga con características no lineales de tensión- corriente. Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio.

8 Corrientes armónicas: inconvenientes. Aumento en pérdidas de potencia. Sobrecalentamiento de transformadores y motores. Mal funcionamiento de computadoras y equipos de control. Interferencias con circuitos de iluminación y comunicaciones Resonancia con dispositivos de sistemas externos. Fallas de aislación, entre otras. Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio.

9 Hoy en día se investigan distintas técnicas y dispositivos para la eliminación total o parcial de las armónicas, estando entre los más utilizados los filtros pasivos debido a su simplicidad y economía. Corrientes armónicas: Soluciones. Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio.

10 Filtros Activos y Pasivos Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio.

11 Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio. Filtros PasivosFiltros Activos Serie Paralelo

12 Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio. Filtro Activo Paralelo

13 Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio. Filtro Activo Paralelo

14 Medición de Corrientes Estimación de Armónicos Generador de Referencias Generador de Pulsos Ondulador Trifásico Almacenamiento de Energía Controlador de Corrientes RED Interfaz de Usuario Procesador Digital de Señales (DSP) Elementos de Potencia Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio.

15 Modelado del Sistema Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio.

16 Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio. Carga no lineal Sistema eléctrico trifásico trifilar. Modelado del Sistema

17 Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio.

18 Modelado del Sistema Representación fasorial. Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio.

19 Modelado del Sistema Cambio en el marco de referencia, de a-b-c a d-q. Transformación de PARK Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio.

20 Modelado del Sistema Teorema de Fortescue en coordenadas d-q. Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio.

21 Modelado del Sistema Fasor 7 ma armónic a en abc Fasor 5 ta armónic a en abc Eje d Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio.

22 Modelado del Sistema Armónica N de secuencia directa en a-b-c se corresponde con N-1 en d-q. Armónica N de secuencia inversa en a-b-c se corresponde con N+1 en d-q. Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio.

23 Transformada de Park a-b-c a d-q Teorema de Fortescue Coordenadas a-b-cCoordenadas d-q Estas corrientes son estimadas por un filtro de Kalman Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio.

24 Estimación de Armónicas Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio.

25 Problema: Dada estimar de manera que la estimación sea óptima y recursiva. Óptima: error cuadrático medio: Solución: Filtro de Kalman. Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio.

26 Filtro de Kalman Planta Filtro de Kalman Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio.

27 Modelo del Filtro Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio.

28 Modelo del Filtro Configuración de filtro activo paralelo Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio. Carga No Lineal

29 Modelo del Filtro Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio.

30 Modelo del Filtro en Tiempo Discreto Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio.

31 Dinámica del Filtro Cuando las corrientes del filtro siguen perfectamente las referencias, la tensión en el capacitor es oscilatoria. Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio.

32 Objetivos de Control Compensar la distorsión armónica del sistema inyectando corrientes adecuadas: Problema de seguimiento. Mantener la tensión del capacitor en un rango de valores adecuados, evitando descargas o sobrecargas. Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio.

33 Control Óptimo: Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio.

34 Control Óptimo: Sistema dinámico lineal en tiempo continuo y discreto: Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio.

35 Control Óptimo: Costo Cuadrático: con: Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio.

36 Problema: Determinar el control que minimice el costo cuadrático. Solución: Retroalimentación lineal Solución de la ecuación matricial de Riccati. Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio.

37 Topología del Filtro Activo Filtro de Kalman Corrientes de Referencia Control del Filtro Generador de Corriente por PWM Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio.

38 Objetivos de Control Control Óptimo MinimizaÍndice de Costo Cuadrático Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio.

39 Índice de Costo Cuadrático Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio.

40 Ejemplos Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio.

41 Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio.

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45 Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio.

46 Conclusiones Por medio de los filtros activos es posible realizar una compensación selectiva y adaptable de corrientes armónicas. La estimación a través de un filtro de Kalman asegura inmunidad ante ruido en la medición y predicción de las corrientes armónicas. El control óptimo propuesto realiza un buen seguimiento de las referencias mientras que mantiene la tensión del capacitor en valores adecuados. Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires Departamento de Ingeniería Eléctrica Estimación de Armónicos y Control de Filtros Activos Federico Muiño, Carlos D’Attellis, Antonio Carabio.