Análisis wavelet multi-resolución del fenómeno supra-armónico en una estación de recarga de vehículos eléctricos

Abstract

Currently, the electrical systems are undergoing a series of changes and transitions towards a more modern environment, therefore, they must adapt to the new needs that arise day by day. The implementation of charging infrastructure for battery electric vehicles, which are increasingly booming, is beneficial for the planet, but their coupling to the electrical system implies introducing disturbances to the voltage and current wave form due to the application of power electronics controllers. Power electronics is responsible for the design of instrumentation and techniques that allow the necessary couplings for charging/discharging electric vehicles. In fact, the devices needed to carry out this task operate with a switching pattern that contaminate the voltage and current signals in the electrical network. The harmonic frequency components that are generated by the aforementioned power electronics controllers have been studied and classified, as well as standards and techniques have been proposed for their mitigation. In recent years the term Supra-harmonics has been introduced for frequency components found in frequency ranges up to 180kHz, which are of small magnitudes but that can cause power quality problems Supra-harmonics is typically a time-varying phenomenon. Therefore, the efficacy of steady-state analysis to determine the impact on distribution power networks is limited. Although the Fourier analysis is the preferred and widely used approach to carry out analysis of electrical quantities, this valuable tool may provide poor results for signals with nonstationary characteristics or featuring significant transients. A fundamental limitation of the Fourier transform is that all properties of a signal are global in scope. As a consequence, the study of supra-harmonics requires a representation of the signal in both time and frequency domain, thereby allowing efficient access of localized information about the signal.

En la actualidad, los sistemas eléctricos están sufriendo una serie de cambios y transiciones hacia un entorno más moderno, por lo que deben adaptarse a las nuevas necesidades que surgen día a día. La implementación de infraestructuras de carga para vehículos eléctricos de batería, cada vez más en auge, es beneficiosa para el planeta, pero su acoplamiento al sistema eléctrico implica introducir perturbaciones en la forma de onda de tensión y corriente debido a la aplicación de controladores de electrónica de potencia. La electrónica de potencia se encarga del diseño de instrumentación y técnicas que permitan los acoplamientos necesarios para la carga/descarga de vehículos eléctricos. De hecho, los dispositivos necesarios para llevar a cabo esta tarea operan con un patrón de conmutación que contamina las señales de voltaje y corriente en la red eléctrica. Se han estudiado y clasificado las componentes armónicas de frecuencia que son generadas por los controladores de electrónica de potencia antes mencionados, así como se han propuesto estándares y técnicas para su mitigación. En los últimos años se ha introducido el término supra-armónicos para los componentes de frecuencia que se encuentran en rangos de frecuencia de hasta 180 kHz, de magnitudes pequeñas, pero pueden causar problemas de calidad de energía. Los supra-armónicos son típicamente un fenómeno variante en el tiempo. Por lo tanto, la eficacia del análisis en estado estable para determinar el impacto en las redes de distribución de energía es limitada. Aunque el análisis de Fourier es el enfoque preferido y ampliamente utilizado para realizar análisis de magnitudes eléctricas, esta valiosa herramienta puede proporcionar resultados deficientes para señales con características no estacionarias o que presentan transitorios significativos. Como consecuencia, el estudio de los supra-armónicos requiere una representación de la señal tanto en el dominio del tiempo como en el de la frecuencia, de forma tal que permita el acceso eficiente a información localizada en la señal.