Alumno: Oscar Julian Peña Huaringa UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA SECCIÓN DE POSTGRADO Y SEGUNDA ESPECIALIZACIÓN FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELÉCTRONICA AVANCE DEL PERFIL DE TESIS ESTUDIO Y SIMULACIÓN DE SOLUCIONES A PROBLEMAS DE CALIDAD DE ENERGÍA EN SISTEMAS ELÉCTRICOS CON VARIADORES DE VELOCIDAD DE ALTA POTENCIA Alumno: Oscar Julian Peña Huaringa Marzo 2011

Introducción Variadores de velocidad de alta potencia Motivación UNI- MINEN -CARELEC Variadores de velocidad de alta potencia Introducción Motivación El sector minero El sector industrial

Introducción Variadores de velocidad de alta potencia Terminología UNI- MINEN -CARELEC Variadores de velocidad de alta potencia Introducción Terminología Necesidad del VFD (VSD - Variable Speed Drive) es en un sentido amplio un dispositivo o conjunto de dispositivos mecánicos, hidráulicos, eléctricos o electrónicos empleados para controlar la velocidad giratoria de maquinaria, especialmente de motores. (ASD, Adjustable -Speed Drive) Conocido como Accionamiento de Velocidad Variable. (VFD – Variable frecuency drive) Drive, Termino inadecuado • El sistema es mas eficiente • Operaciones más suaves. • Control de la aceleración. • Distintas velocidades de operación para cada fase del proceso. • Compensación de variables en procesos variables. • Permitir operaciones lentas para fines de ajuste o prueba. • Ajuste de la tasa de producción. • Permite el posicionamiento de alta precisión.

Distorsión de corriente UNI- MINEN -CARELEC Variadores de velocidad de alta potencia Introducción Formas de onda – interpretación gráfica Armónicos Distorsión de corriente Según su secuencia Secuencia positiva Secuencia Negativa Secuencia Homopolar 80% (alto 3rd) alto 2nd,3rd, 4th para cargas parciales Armónicos característicos Armónicos impares 80% Armónicos no característicos Armónicos pares Interarmonicos Subarmónicos 40% 28% 15% varía con el ángulo de disparo

Introducción Variadores de velocidad de alta potencia UNI- MINEN -CARELEC Variadores de velocidad de alta potencia Introducción Principio de funcionamiento Índice de modulación de frecuencia Índice de modulación de amplitud

Generación de armónicos por los VFD UNI- MINEN -CARELEC Variadores de velocidad de alta potencia Generación de armónicos por los VFD Espectro teórico Espectro real

Generación de armónicos por los VFD UNI- MINEN -CARELEC Variadores de velocidad de alta potencia Generación de armónicos por los VFD El proceso de rectificación Rectificador estático Rectificador controlado

Generación de armónicos por los VFD UNI- MINEN -CARELEC Variadores de velocidad de alta potencia Generación de armónicos por los VFD El proceso del inversor La conmutación desde un semiconductor a otro no es instantánea Existencia de circuitos Snaber

Generación de armónicos por los VFD UNI- MINEN -CARELEC Variadores de velocidad de alta potencia Generación de armónicos por los VFD mf (CTE) El proceso del inversor Para =17, =0.8 ma (CTE) =15 Para =0.8 y Para =17, =0.2 Para =0.8 y =35

Generación de armónicos por los VFD UNI- MINEN -CARELEC Variadores de velocidad de alta potencia Generación de armónicos por los VFD Impedancia equivalente del variador Representación clásica de una fuente lineal (Fuentes de corriente)

Modelamiento de VFD en para análisis en Sistemas de Potencia UNI- MINEN -CARELEC Variadores de velocidad de alta potencia Modelamiento de VFD en para análisis en Sistemas de Potencia PSCAD

Modelamiento de VFD en para análisis en Sistemas de Potencia UNI- MINEN -CARELEC Variadores de velocidad de alta potencia Modelamiento de VFD en para análisis en Sistemas de Potencia ETAP

Problemas de calidad de energía ocasionados por los VFD UNI- MINEN -CARELEC Variadores de velocidad de alta potencia Problemas de calidad de energía ocasionados por los VFD Sobrecalentamiento de transformadores (Antamina) Realizando el análisis correspondiente de las mediciones se tiene un factor K de 7.668, y según el estándar IEEE C57-110, el transformador debería ser utilizado sólo al 70.7% de su capacidad nominal. Partiendo de esto, la corriente nominal del transformador de 2MVA (277A) se vería reducida a 195.8A. Vemos que este criterio no ha sido considerado en el diseño, trayendo como consecuencia una reducción en la vida útil del equipo, a pesar de haberse tomado en cuenta una corrección del aislamiento por altitud (4300m.s.n.m.). Un aumento en 10°C en la temperatura de operación, reduce a la mitad el tiempo de vida del aislamiento del transformador.

Problemas de calidad de energía ocasionados por los VFD UNI- MINEN -CARELEC Variadores de velocidad de alta potencia Problemas de calidad de energía ocasionados por los VFD Ploriferación de marcas y tamaños en el mercado y en las plantas industriales

Problemas de calidad de energía ocasionados por los VFD UNI- MINEN -CARELEC Variadores de velocidad de alta potencia Problemas de calidad de energía ocasionados por los VFD Única marca proliferación de tamaños sin sistema de filtrado

Problema frecuente en la utilización de los VFD UNI- MINEN -CARELEC Variadores de velocidad de alta potencia Problema frecuente en la utilización de los VFD La instalación de los VFD´s debe cumplir con las especificaciones dadas por los fabricantes de tal manera que se eviten problemas relacionados a efectos térmicos. Las temperaturas por encima de los 40°C producen la descoordinación de los disparos de los IGBT´s y en general el mal funcionamiento de los demás dispositivos electrónicos que forman parte del variador.

Soluciones (alternativas) UNI- MINEN -CARELEC Variadores de velocidad de alta potencia Soluciones (alternativas) Configuración de transformadores VFD con Transformador de aislamiento Con transformador Sin transformador

Soluciones (alternativas) UNI- MINEN -CARELEC Variadores de velocidad de alta potencia Soluciones (alternativas) Configuración de transformadores VFDs con Transformadores de aislamiento (Minimiza contenido de 5th y 7th)

Soluciones (alternativas) UNI- MINEN -CARELEC Variadores de velocidad de alta potencia Soluciones (alternativas) Reactancia de choque Sin reactancia Con reactancia

Soluciones (alternativas) UNI- MINEN -CARELEC Variadores de velocidad de alta potencia Soluciones (alternativas) Aumento de la impedancia en el enlace DC Sin filtro en enlace DC Con filtro en el enlace DC

Soluciones (alternativas) UNI- MINEN -CARELEC Variadores de velocidad de alta potencia Soluciones (alternativas) Aumento de la impedancia en la salida Sin filtro en la salida Con filtro en la salida

Soluciones (alternativas) UNI- MINEN -CARELEC Variadores de velocidad de alta potencia Soluciones (alternativas) Utilización de filtro pasivo LCL Sin filtro pasivo LCL Con filtro pasivo LCL

Filtro activo para variadores de ingreso monofásico UNI- MINEN -CARELEC Variadores de velocidad de alta potencia Soluciones (alternativas) Filtros activos Filtro activo para variadores de ingreso monofásico

Soluciones (alternativas) UNI- MINEN -CARELEC Variadores de velocidad de alta potencia Soluciones (alternativas) Variadores de frente activo (Soluciones en BT)

Soluciones (alternativas) UNI- MINEN -CARELEC Variadores de velocidad de alta potencia Soluciones (alternativas) Configuración de sistemas de filtrado

Soluciones (alternativas) UNI- MINEN -CARELEC Variadores de velocidad de alta potencia Soluciones (alternativas) Configuración de sistemas de filtrado

High Power converters and AC Drives UNI- MINEN -CARELEC Variadores de velocidad de alta potencia High Power converters and AC Drives

High Power converters and AC Drives UNI- MINEN -CARELEC Variadores de velocidad de alta potencia High Power converters and AC Drives

High Power converters and AC Drives UNI- MINEN -CARELEC Variadores de velocidad de alta potencia High Power converters and AC Drives

High Power converters and AC Drives UNI- MINEN -CARELEC Variadores de velocidad de alta potencia High Power converters and AC Drives

High Power converters and AC Drives UNI- MINEN -CARELEC Variadores de velocidad de alta potencia High Power converters and AC Drives Inversor Siemens Inversor ABB 4.16kV 1.2MW

High Power converters and AC Drives UNI- MINEN -CARELEC Variadores de velocidad de alta potencia High Power converters and AC Drives Inversor basado en H-Bridge Casacade Robicon 4.16kV 7.5MW

High Power converters and AC Drives UNI- MINEN -CARELEC Variadores de velocidad de alta potencia High Power converters and AC Drives VFD – Power Flex – Rockwell Automation 2.3MW - 7.0MW

High Power converters and AC Drives Configuración de rectificadores UNI- MINEN -CARELEC Variadores de velocidad de alta potencia High Power converters and AC Drives Configuración de rectificadores

High Power converters and AC Drives UNI- MINEN -CARELEC Variadores de velocidad de alta potencia High Power converters and AC Drives 1997 2002

High Power converters and AC Drives UNI- MINEN -CARELEC Variadores de velocidad de alta potencia High Power converters and AC Drives 2008

High Power converters and AC Drives UNI- MINEN -CARELEC Variadores de velocidad de alta potencia High Power converters and AC Drives 2002

High Power converters and AC Drives UNI- MINEN -CARELEC Variadores de velocidad de alta potencia High Power converters and AC Drives 2007

High Power converters and AC Drives UNI- MINEN -CARELEC Variadores de velocidad de alta potencia High Power converters and AC Drives 2009

High Power converters and AC Drives UNI- MINEN -CARELEC Variadores de velocidad de alta potencia High Power converters and AC Drives 2009

UNI- MINEN -CARELEC Variadores de velocidad de alta potencia Gracias