Análisis tiempo-frecuencia de supra-armónicos en redes de baja tensión basado en transformada Wavelet

Abstract

Modern power systems are undergoing an intelligent transition toward a more efficient and sustainable operation. This process involves the widespread installation of distributed- renewable generation systems, energy storage systems and high-efficiency loads. Typically, these devices are interfaced to low-voltage distribution networks through electronic converters, which introduce disturbances in current and voltage waveforms. In fact, emissions from driving are caused by the commutation process. In the last years, attention has been extended to frequency intervals below 150 kHz, which have been labeled as supra-harmonics in the relevant literature. This topic remains challenging since supra-harmonics may be responsible for severe malfunctioning and loss of efficiency. Further, since supra-harmonics are typically time-varying then the efficacy of steady-state analysis methods to evaluate their impact on distribution networks is very limited. As a consequence, alternative methods better suited to handle signals characterized by transients should be considered. This thesis contributes to state-of-the-art time-frequency characterization of supra-harmonics in low-voltage distribution networks. The focus is on the development of experiments and measurement methods. Then, the topic is tackled by developing a measuring platform for supra- harmonics. Data is collected at actual low-voltage distribution networks using a time-domain sampling procedure and data acquisition boards. Post- processing procedures based on wavelets with the Continuous Wavelet Transform and Wavelet multi-resolution analysis are presented. The experiments carried out in this work include equipment that emit supra- harmonics such as photovoltaic inverters, electric vehicle chargers and LED lamps.

Los sistemas de potencia modernos están experimentando una transición hacia un funcionamiento más eficiente y sostenible. Este proceso implica la instalación generalizada de sistemas de generación distribuidos mediante fuentes de energía renovables, sistemas de almacenamiento de energía y el diseño de cargas altamente eficientes. Por lo general, estos dispositivos son interconectados a las redes de distribución de bajo voltaje a través de convertidores, los cuales introducen contaminación en las formas de onda de corriente y tensión. De hecho, las emisiones por conducción son provocadas por el proceso de conmutación. En los últimos años se ha prestado especial atención al intervalo de frecuencia por debajo de 150 kHz, el cual se ha etiquetado como supra-armónicos en la literatura correspondiente. Este tópico sigue siendo un desafió ya que los supra-armónicos pueden ser responsables del mal funcionamiento y la pérdida de eficiencia de las cargas conectadas a la red de baja tensión. Además, los supra-armónicos son un tipo de contaminación variante en el tiempo, entonces la eficacia de métodos de análisis de estado estable es limitada al análisis de señales estacionarias en el tiempo. Como consecuencia, se deben considerar métodos alternativos más adecuados para el manejo de señales caracterizadas por fenómenos transitorios. La atención de esta tesis se centra en el desarrollo de experimentos y métodos de medida. Por lo tanto, el problema se aborda mediante el desarrollo de una plataforma de medición de supra-armónicos. Los datos se recopilan de las redes de distribución de bajo voltaje reales utilizando un procedimiento de muestreo en el dominio del tiempo y tarjetas de adquisición de datos. Se utilizan procedimientos de procesamiento basados en la transformada Wavelet continua y el análisis Wavelet multi-resolución. Los experimentos realizados en este trabajo incluyen equipos que emiten supra-armónicos como inversores fotovoltaicos, cargadores de vehículos eléctricos y lámparas LED.