Diseño del sistema de medición y control de un prototipo de STATCOM basado en un DSC

Abstract

This project is focused on the measurement and control system of a STATCOM, and the prototype construction. For achieving that, it was necessary to analyze the mathematical model of a STATCOM. This model was helpful for designing a control system and finally for developing a simulation. The control system design was made step by step, firstly with the use of Park’s transformation; two decoupled controllers were designed in the discrete time domain, one for the active power and the other for the reactive one. Those controllers were designed using state feedback. After that, by joining the controllers as a part of the plant a PI control was designed which has the chore of controlling the capacitor voltage. In this project it was designed and built the hardware of a STATCOM and also its own control. The hardware was divided in two important stages: the signal processing stage and the converter one. The first stage provides information of the STATCOM and the electric system to the control system. This stage is formed by two boards, one for the transducers and the other for filtering and conditioning the voltage level. The second stage is the hardware of the STATCOM. This stage is formed by two parts, one is called the controller of the converter bridge (which is divided in three boards -one per phase-) whose function is to condition and to provide the PWM control signals to the three-phase converter. The other board is the three-phase converter bridge which was built using IGBTs as commutation devices. All the hardware was designed and built towards the implementation of the control system using a Digital Signal Controller DSC TMS320F28335. The hardware building is important because it will be useful to validate digitally simulated mathematical models and for proving different control schemes. This project will be used in an HVDC Light implementation too. In this thesis is presented a simulation of two study cases that are used to validate the implemented control system.

El presente trabajo se enfoca al diseño del sistema de medición y control de un STATCOM, así como la construcción del prototipo. Para realizar el control se ha puesto especial atención en el modelado matemático del STATCOM. Apoyados en la transformación de Park se diseñaron controladores desacoplados para la potencia real y reactiva, los cuales fueron diseñados en el dominio discreto usando retroalimentación de estado. Integrando estos controladores se diseñó un controlador PI para regular el voltaje del capacitor. El hardware construido básicamente se compone de dos etapas: la etapa de procesamiento de las señales que proporciona información del STATCOM y del sistema eléctrico esta etapa está constituida por dos tarjetas una para los transductores y otra para el filtrado y acondicionamiento de nivel de las señales provenientes de los transductores, la otra etapa se encarga de suministrar las señales de control al puente convertidor trifásico en el cual basa su operación el STATCOM. Esta etapa se compone de dos partes, una que se denomina controladora del puente convertidor (la cual fue dividida en tres tarjetas una para cada fase) y la otra parte es la tarjeta del puente convertidor trifásico la cual se construyó con transistores IGBTs como dispositivo de conmutación. La construcción del hardware se realizó con un enfoque para que en un futuro se implemente el sistema de control en un controlador digital de señales TMS320F28335 fabricado por Texas Instruments. Las aportaciones de este trabajo son importantes debido a que el hardware construido servirá para validar modelos matemáticos simulados digitalmente, también para experimentar diferentes esquemas de control. Como aportación inmediata el hardware diseñado servirá en la construcción de un sistema de transmisión HVDC Light. Más adelante se presenta la simulación de dos casos de estudio, los cuales sirven para validar el sistema de control implementado.