Mitigación de la distorsión armónica e interarmónica en redes eléctricas utilizando filtros digitales

Abstract

With the advancement of technology in power electronics devices and the ever-existing emphasis on making industrial processes more efficient, the presence of distortion of the waveform of current and voltage has increased considerably. An issue that is currently addressed is the presence of interarmonics in the spectrum of distortion of the waveform, in addition to harmonics, which may be of considerable magnitude. In this thesis, special loads capable of generating harmonics and interarmonics, such as the cycloconvertidor and the electric arc furnace, are analyzed. A photovoltaic generation system is also modeled, with particular reference to interarmonic effects in the waveform of the current. A review is made of the different methods, passive and active, respectively, of mitigation of harmonics and interarmonics. The presence of interarmonics requires a control method with better frequency resolution; unlike when only harmonic components are mitigated. The chosen control method is composed by a bank of digital filters, where each filter is tuned to a specific frequency. In the control, the FFT algorithm is also developed to deactivating and activate the digital filters, thus eliminating those unnecessary frequencies in the reference currents. The control method used is compared against the synchronous frame-ofreference method as well as to the p-q theory method, demonstrating to be more efficient when interharmonic components are required to be mitigated.

Con el avance de la tecnología en dispositivos de electrónica de potencia y el énfasis que siempre ha existido de volver más eficientes los procesos industriales, la presencia de la distorsión en la forma de onda de la corriente y voltaje se ha incrementado considerablemente. Un tema que se aborda es la presencia de interarmónicos en el espectro que contiene la distorsión de la forma de onda, además de contener armónicos tiene componentes interarmónicos de magnitud considerable. En esta tesis se analizan cargas especiales capaces de generar armónicos e interarmónicos, tales como el ciclo convertidor y el horno de arco eléctrico. También se modela un sistema de generación fotovoltaica, con la característica especial de presentar interarmónicos en la forma de onda de la corriente. Se hace una revisión de los distintos métodos, pasivos y activos, respectivamente, de mitigación de armónicos e interarmónicos. La presencia de interarmónicos exige un método de control que contenga una mejor resolución de frecuencia; a diferencia de cuando solo se mitigan componentes armónicos. El método de control elegido está compuesto de un banco de filtros digitales, donde cada filtro esta sintonizado a una frecuencia especifica. En el control también se desarrolla el algoritmo de la FFT, para desactivar y activar los filtros digitales, eliminado aquellas frecuencias innecesarias en las corrientes de referencia. El método de control utilizado se compara contra el método de marco de referencia síncrono, así como con el método de la teoría p - q, demostrando ser más eficiente cuando se requiere mitigar componentes interarmónicos. Finalmente, el filtro activo se aplica a las cargas modeladas. La aplicación del Filtro Activo (FA) en el ciclo convertidor demostró ser muy eficiente; solo se mitigan aquellas frecuencias interarmónicas de mayor magnitud.