Modelado, análisis, simulación e implementación de sistemas eléctricos con dispositivos Custom Power

Abstract

This thesis deals with the analysis of CUSTOM POWER devices to mitigate adverse power quality effects, such as sags, swells, harmonics and reactive power compensation. The mathematical model of DVR, DSTATCOM and back to back converter, respectively, is developed in dq0 coordinates. The dynamic operation of the control scheme is analyzed in closed loop with Matlab/Simulink. The mathematical model of DSTATCOM is developed in abc coordinates. The dynamic operation of the control scheme is analyzed in closed loop with Matlab/Simulink and the real time simulator Opal-RT. The multilevel technique SPWM of 3, 9 and 27 levels is simulated and implemented in the Xilinx platform v. 13.3 and FPGA XCS500E, respectively. This technique is implemented in laboratory using a DC/AC converter of 3 levels, 3 H-bridges in cascade. The dynamic operation of the DVR and DSTATCOM control is analyzed for voltage and reactive power compensation at a particular bus of connection to the power network. An alternative back to back converter scheme is proposed for the mitigation of total harmonic distortion produced in the power network by a wind turbine.

En esta tesis se analiza el uso de dispositivos CUSTOM POWER para solucionar problemas de calidad de la energía en sistemas eléctricos, tales como compensación de depresiones y elevaciones de voltaje, compensación de potencia reactiva y mitigación del contenido armónico. El modelo matemático de los dispositivos DVR, DSTATCOM y convertidor back to back se analiza en coordenadas dq0, con el fin de simular el control en lazo cerrado de los mismos en Matlab/Simulink. El modelo matemático del DSTATCOM se analiza en coordenadas ABC, con el fin de simular e implementar el control en lazo cerrado en Matlab/Simulink y en un Simulador en tiempo real (Opal-RT). La técnica de modulación SPWM multinivel de 3, 9 y 27 niveles se simula e implementa a través de la plataforma Xilinx versión 13.3 y un FPGA modelo XC3S500E, respectivamente. Dicha técnica se implementa en laboratorio utilizando un convertidor CD/CA multinivel de 3 niveles formado por tres puentes-H en cascada. Se analiza el control del DVR y DSTATCOM para la compensación de voltaje y potencia reactiva en un determinado nodo de conexión del sistema eléctrico propuesto. Finalmente, se propone un esquema diferente de conexión del convertidor back to back convencional, con la finalidad de mitigar el contenido armónico total generado en la red eléctrica debido a la conexión de una máquina de inducción.