Modelado, diseño y simulación de un filtro pasivo para la mitigación de los armónicos producidos por la interconexión de un sistema de generación eólico

Abstract

This thesis begins with a list of all the electrical power quality problems, their causes, their effects, their solutions, as well as the importance of having a good quality of electrical power. Subsequently, it talks about the different configurations of the most widely used wind systems, their interconnection with the grid, the elements that compose them, as well as the elements and power electronics converters currently used and all the relevant characteristics regarding harmonics. The central theme of this thesis is to build a computational model of a power electronic converter in a wind system using the ATPDraw electrical simulation software, this in order to simulate and study the way in which the fundamental voltage signal is distorted, due to the harmonic currents generated by the power converter and also to simulate how this harmonic distortion can be mitigated or eliminated by harmonic filters, that are also included in the model. To achieve the previous objective, it was decided to study the six-pulse back-to-back power electronics converter, which is one of the most currently used in wind applications. It was also determined that a passive filter would be used to mitigate the harmonics produced by the converter, thus, the types of harmonics generated by the converter, as well as the frequency and magnitude of each of these harmonics, were first calculated using formulas. Then a value was set for the capacitance of the capacitors used in the static filter and the values of the inductances were calculated for each of the filter inductors.

En este trabajo de tesis se inicia con un listado de todos los problemas de calidad de la energía eléctrica, sus causas, sus efectos, sus soluciones, así como la importancia de tener una buena calidad de la energía eléctrica. Posteriormente, se habla sobre las distintas configuraciones de sistemas eólicos más utilizados, su interconexión con la red, los elementos que los componen, así como los elementos y convertidores de electrónica de potencia empleados en la actualidad y todas las características relevantes sobre los armónicos. El tema central de esta tesis, es el de construir un modelo computacional de un convertidor de electrónica de potencia en un sistema eólico mediante el software de simulación eléctrica ATPDraw, esto con el fin de simular y estudiar la forma en como la señal fundamental de voltaje es distorsionada, debido a las corrientes armónicas generadas por el convertidor de potencia y también simular cómo esta distorsión armónica puede ser mitigada o eliminada por filtros de armónicos, que también son incluidos en el modelo. Para realizar el objetivo anterior, se determinó estudiar el convertidor de electrónica de potencia back-to-back de seis pulsos, el cual es de los más utilizados actualmente en aplicaciones eólicas. También se decidió emplear un filtro pasivo para mitigar los armónicos producidos por el convertidor, de tal forma que primero se calcularon mediante fórmulas los tipos de armónicos generados por el convertidor, así como la frecuencia y la magnitud de cada uno de estos armónicos. Después se fijó un valor para la capacitancia de los capacitores utilizados en el filtro estático y se calcularon los valores de las inductancias para cada uno de los inductores del filtro.