Tesis Doctoral CONTROL DE UN COMPENSADOR DE HUECOS E INTERRUPCIONES BREVES DE ESTRUCTURA MONOCONVERTIDOR. Josu I.

Transcripción

1 Dpto. EECTRÓNICA PROGRAMA: AUTOMÁTICA Y EECTRÓNICA INDUSTRIA Tesis Dotoral CONTRO DE UN COMPENSADOR DE HUECOS E INTERRUPCIONES BREVES DE ESTRUCTURA MONOCONVERTIDOR Autor: Diretor: Josu I. Galarza Ibarrondo Estanis Oyarbide Usabiaga Mondragon 6

2

3 Mondragon Unibertsitatea Dpto. EECTRÓNICA PROGRAMA: AUTOMÁTICA Y EECTRÓNICA INDUSTRIA Tesis Dotoral CONTRO DE UN COMPENSADOR DE HUECOS E INTERRUPCIONES BREVES DE ESTRUCTURA MONOCONVERTIDOR Autor: Diretor: Josu I. Galarza Ibarrondo Estanis Oyarbide Usabiaga i

4 ii

5 Agradeimientos El trabajo de tesis que se presenta se ha llevado a abo en el departamento de Eletrónia de la Esuela Politénia Superior de la Universidad de Mondragón. a atividad desarrollada se enmara en la línea de investigaión de Sistemas eletrónios de potenia apliados al ontrol de la energía elétria. Al término de la presente tesis quisiera expresar mi más sinero agradeimiento a todas las personas e instituiones que on su olaboraión han heho posible la realizaión de este trabajo de investigaión. En primer lugar a Estanis Oyarbide por su labor de direión, su dediaión y ompetenia sin olvidar su apoyo personal en los periodos más diíiles. Mi más sinero agradeimiento a J.R. Torrealday, proesor y jee del departamento de MGEP por su apoyo personal y puesta a mi disposiión de los medios neesarios para la inalizaión de esta tesis. A Aurelio Garia Cerrada, Proesor de la Universidad Pontiiia de Comillas, a Abelardo Martinez Iturbe Proesor de la Universidad de Zaragoza, a Ion Etxeberria Otaduy, Investigador del Centro de investigaiones tenológias Ikerlan, a uis Marroyo Palomo proesor de la Universidad Públia de Navarra por su aeptaión a ser miembros del tribunal de esta tesis. Quisiera expresar mi más proundo agradeimiento a Miguel Rodríguez, proesor de MGEP por su ilimitado apoyo al objeto de despejar todas aquellas atividades de perturbaión y posibilitar la inalizaión de esta tesis. Mi agradeimiento a Ander Etxeberria por su ayuda y sabios onsejos en la orreión de este doumento y a todos los miembros del Departamento de eletrónia por vuestro esuerzo diario que posibilita que algunos aortunados podamos realizar una Tesis Dotoral. Mi más sinero agradeimiento a Silverio Alvarez, Mikel Sanzberro, Jonan Barrena, Sergio Aurtenetxea por su olaboraión en los aspetos de diseño del dispositivo. A Gonzalo Abad por su olaboraión en los aspetos de implementaión del ontrol. Agradezo sineramente la ontribuión de los alumnos de proyeto en la realizaión de la plataorma experimental (Eneko, Itoitz, Aimar, Mikel y Aitores). Mi más sinero agradeimiento a todos los integrantes de CIDAE por vuestra olaboraión y buenos momentos ompartidos. Eskerrak amiliartekoei eta lagunei eman didazuen laguntzagatik. Bereziki eskertu gura ditut nire gurasoak urte hauetan guztietan egin duzuen esortzuagatik eta eman didazuen laguntzagatik. Eskerrak Aintzaneri bide luze honetan izan duzun pazientziagatik eta euskarri izateagatik. Eta esker mila Julen eta Antxoni liburu potolo hau amaitzeko etengabe animatzeagatik. iii

6 iv

7 Resumen Esta tesis tiene omo objetivo prinipal el diseño y desarrollo de algoritmos de ontrol de un Compensador de Hueos e Interrupiones Breves de gran potenia, que permita la proteión de instalaiones de alta sensibilidad. En su desarrollo se tiene espeial atenión en la realizaión de un análisis donde se integran las dierentes ases de espeiiaión y diseño del dispositivo on el análisis y desarrollo del ontrol. El dispositivo seleionado es un ompensador interativo on la red mediante un transormador. En esta investigaión se diseñan y analizan ténias de ontrol, que operando on restriiones reueniales, obtienen una alta dinámia de ompensaión. Se ha onstruido un prototipo del dispositivo que ha permitido la validaión de los algoritmos desarrollados. El resultado de este análisis establee las limitaiones de las dierentes ténias y los retos de los uturos desarrollos. Palabras lave Control de onvertidores, Hueos de tensión, Interrupiones breves, Calidad de onda. v

8 vi

9 ÍNDICE Agradeimientos...iii Resumen...v Simbología...xi Abreviaturas y arónimos...xv INTRODUCCION GENERA.... ANTECEDENTES Y MOTIVACIÓN DE TRABAJO.... OBJETIVOS DE A TESIS ORGANIZACIÓN DE A MEMORIA...3 HUECOS DE TENSIÓN E INTERRUPCIONES. CARACTERIZACIÓN...5. INTRODUCCIÓN...5. CARACTERIZACIÓN DE INCIDENCIAS Caraterizaión de los hueos de tensión Caraterizaión de las interrupiones de tensión NORMATIVAS DE INMUNIDAD DE OS EQUIPOS Y NIVEES DE COMPATIBIIDAD IEC, UNE Curva CBEMA....4 PROCESOS Y CARGAS CRÍTICAS....5 MEDIDAS HABITUAES CONTRA OS HUECOS DE TENSIÓN Y AS INTERRUPCIONES CONCUSIONES DISPOSITIVOS DE COMPENSACIÓN DE HUECOS E INTERRUPCIONES BREVES INTRODUCCIÓN INTERACTIVO CON A ÍNEA MEDIANTE BOBINA DE CHOQUE. TOPOOGÍA CIB INTERACTIVO CON A ÍNEA MEDIANTE INTERRUPTOR ESTÁTICO. TOPOOGÍA CII INTERACTIVO CON A ÍNEA MEDIANTE TRANSFORMADOR SERIE. TOPOOGÍA CIT DIMENSIONAMIENTO CONCUSIONES SEECCIÓN DE DISPOSITIVO DE COMPENSACIÓN INTRODUCCIÓN DEFINICIÓN DE COEFICIENTES DE USO DE COMPONENTES Coeiiente de uso de semiondutores SC Coeiiente de uso de omponentes eletromagnétios Coeiiente de uso de ondensador C Coeiiente Global de Coste...3 vii

10 4.3 EVAUACIÓN EN BASE A COEFICIENTES CONCUSIONES ANÁISIS Y OPTIMIZACIÓN DE DISPOSITIVO CIT INTRODUCCIÓN ESPECIFICACIONES DE EQUIPO NORMATIVAS Y NIVEES DE COMPATIBIIDAD TOPOOGÍAS DE CONVERTIDOR CARACTERIZACIÓN ARMÓNICA DE CONVERTIDOR Caraterizaión armónia de la modulaión sinusoidal natural Caraterizaión armónia de un PWM muestreado uniormemente Caraterizaión armónia del onvertidor binivel Caraterizaión armónia del onvertidor trinivel on puentes en H Caraterizaión armónia del onvertidor trinivel NPC COEFICIENTE DE ATENUACIÓN ARMÓNICO Deiniión Coeiientes en unión de las topologías de onvertidor DIMENSIONAMIENTO Relaión de sobredimensionamiento en orriente i / i Relaión v /v s en el modo pasivo de operaión Relaión de sobredimensionamiento en tensión v/v Rizado de orriente Reopilaión de resultados CONCUSIONES ESTRATEGIAS DE CONTRO INTRODUCCIÓN A CONTRO GENÉRICO CONTRO DE OS MODOS DE OPERACIÓN CONTRO DE MODO DE COMPENSACIÓN O MODO ENERGÍA AMACENADA SINCRONIZACIÓN CON A RED IDENTIFICACIÓN DE A PERTURBACIÓN CONTRO INTERNO MÉTODO DE MODUACIÓN CONTRO DEADBEAT BASADO EN MODEO MEDIO INTRODUCCIÓN A CONTRO DEADBEAT MODEADO DE SISTEMA DE COMPONENTES REACTIVOS MODEADO DE CONVERTIDOR CONTRO RST MUTIAZO. AZOS IMBRICADOS DESACOPADOS Modelo disreto de la planta Control del lazo de orriente Control del lazo de tensión CONTRO RST MONOAZO Modelo disreto de la planta Control del lazo de tensión...5 viii

11 7.6 CONTRO RST MUTIAZO. AZOS IMBRICADOS ACOPADOS Modelo disreto de planta Control lazo de orriente Control lazo de tensión VAIDACIÓN EN SIMUACIÓN DE OS AGORITMOS DE CONTRO Deiniión de variables de estudio Ensayos y araterizaión CONCUSIONES CONTRO DIRECTO PREDICTIVO DE SEGUNDO ORDEN INTRODUCCIÓN FUNDAMENTOS DE CONTRO PREDICTIVO DIRECTO MODEO PREDICTIVO APROXIMADO. ANÁISIS DE ERRORES Modelo preditivo aproximado Inluenia de, C, ω o Inluenia de la reuenia de onmutaión Inluenia de R en el modelo onsiderado CÁCUO DE CONTRO PREDICTIVO DIRECTO Cálulo para el onvertidor trinivel Cálulo para el onvertidor binivel VAIDACIÓN EN SIMUACIÓN DE AGORITMO DE CONTRO CONCUSIONES VAIDACIÓN EXPERIMENTA DE CONTRO DEADBEAT INTRODUCCIÓN PATAFORMA DE TEST Y VAIDACIÓN Caraterístias Estrutura de potenia Estrutura de ontrol Elementos de medida Elementos auxiliares Validaión en simulaión del ontrol deadbeat RESUTADOS EXPERIMENTAES Control RST multilazo. azos imbriados desaoplados Control RST monolazo Control RST multilazo. azos imbriados aoplados CONCUSIONES SOBRE A VAIDACIÓN EXPERIMENTA...67 CONCUSIONES GENERAES Y PERSPECTIVAS PUBICACIONES...7 REFERENCIAS BIBIOGRÁFICAS...73 ANEXO...8. DIMENSIONAMIENTO...8 ix

12 .. Comportamiento unional del dispositivo CIB Comportamiento unional del dispositivo CIT Bano de ondensadores DC Semiondutores Indutania Capaidad C Dimensionamiento del bano de ondensadores AC (CIB) Dimensionamiento del transormador de inyeión (CIT) Dimensionamiento de los interruptores estátios...9. SEECCIÓN DE DISPOSITIVO DE COMPENSACIÓN. COEFICIENTES DE COSTE INFUENCIA DE AS NO INEAIDADES EN AS INDUCTANCIAS MODEADO, VAIDACIÓN EN SIMUACIÓN CONTRO DEAD BEAT BASADO EN MODEO MEDIO Control RST multilazo desaoplado Control RST monolazo Control multilazo aoplado Validaión en simulaión CONTRO DIRECTO Modelo simpliiado: aproximaión de Taylor de orden n= Modelo simpliiado: aproximaión de Taylor de orden n= Cálulo de los oeiientes Validaión en simulaión....7 VAIDACIÓN EXPERIMENTA. PARÁMETROS DE A ESTRUCTURA DE CONTRO Control multilazo desaoplado Control RST monolazo Control RST multilazo aoplado...8 x

13 B an C C C C D D C DC DC C G IGBT SC T TH TH_IGBT b F F F -TR o s sw h I I I I I D i I IGBTM I k I kp I kr i i I j I n Inv Simbología Bloqueador de orden ero Coeiiente de atenuaión para un armónio n Coeiiente de uso de apaidades Coeiiente de uso de ondensador Coeiiente de uso del ondensador de iltrado Bano de ondensadores AC Coeiiente de uso del bano AC Capaidad de bus DC Coeiiente de uso del bano DC Capaidad de iltrado de onvertidor Coeiiente global de oste Coeiiente de uso de IGBT Coeiiente de uso de omponentes eletromagnétios Coeiiente de uso de la indutania de hoque Coeiiente de uso de la indutania de iltrado Coeiiente de uso de semiondutores Coeiiente de uso del transormador de inyeión Coeiiente de tiristor Coeiiente de uso de IGBT homogeneizado al oeiiente de un IGBT Anho de banda Freuenia de la portadora Fator de orreión de ondensadores Relaión entre Z y Z C a la reuenia undamental Fator de orreión del omponente eletromagnétio Freuenia de resonania Freuenia de muestreo Freuenia de onmutaión orden de armónio Indie de modulaión Corriente eiaz de la indutania de iltro Corriente eiaz en el ondensador Corriente eiaz máxima de ortoiruito Corriente de linea en el bano de ondensadores AC (CIB) Corriente de la indutania de iltro Corriente máxima IGBT Corriente de ompensaión Componente ativa de la orriente de ompensaión Componente reativa de la orriente de ompensaión Corriente de la arga Corriente a la salida del iltro C Corriente eiaz omponente eletromagnétio Corriente nominal de la arga Convertidor de ompensaión xi

14 i p i s I S I TH J n k i k k t C m s t m M n N C N -TR N S N u p,m p p pr i p s q,n R R R e R s R t S i S S Cj s i S -TRj SS S Trs T r T rs T SM v v * Corriente muestreada de la arga Corriente de red Corriente eiaz de red Corriente eiaz máxima de tiristor Funiones de Bessel Capaidad de inyeión Relaión entre la impedania de y Z a la reuenia undamental Fator de onvertidor Indutania serie Filtro de salida del onvertidor Indutania de iltrado del onvertidor Indutania de magnetizaión del transormador serie Indutania equivalente de red Indutania de ugas del transormador serie Orden de armónio inerior Orden de armónio superior Relaión de transormaión Número de ondensadores Número de omponentes eletromagnétios Número de semiondutores Número de bobinas Indie de la amilia de armónios de la portadora Coste de ondensadores Coste de indutanias Rizado de orriente Coste semiondutores Indie de los armónios laterales orrespondientes a una amilia Rebase Resistenia de la indutania de iltro Resistenia de pérdidas en el hierro del transormador serie Resistenia equivalente de red Resistenia de ortoiruito del transormador serie Interruptor de aislamiento i Potenia aparente de la arga Potenia aparente de la apaidad j Señal de ontrol del IGBT i Potenia equivalente a 5Hz del omponente eletromagnétio j Interruptor estátio Potenia aparente del transormador serie Tiempo de respuesta Transormador de inyeión Periodo de muestreo del bloque modulador Tensión a la salida del inversor Señal moduladora xii

15 v V a v V V CD v n v DC V IGBTM v k V v V j v n V n V s v s V ST V TH X X t Z C Z F Z Z s Z T Amplitud de la omponente undamental Tasa de distorsión total absoluta Tensión en el ondensador de iltro C Tensión eiaz en el ondensador Tensión eiaz del bano de ondensadores AC Amplitud del armónio de orden n en bornes de C Tensión del bano de ondensadores DC Tensión máxima del IGBT Tensión de inyeión del transormador serie Tensión eiaz ase-neutro de arga Tensión ase-neutro de arga Tensión eiaz del omponente eletromagnétio Amplitud del armónio de orden n Tensión eiaz nominal de la arga Tensión eiaz ase-neutro de red Tensión ase-neutro de red Tensión ase-neutro en abeera de línea Tensión eiaz máxima tiristor Impedania de la indutania serie (CIB) Reatania de ortoiruito en el transormador serie (CIT) Impedania de la apaidad C a la reuenia undamental Impedania de alta Impedania de la línea Impedania de red Impedania de puesta a tierra Δi Dierenia entre i e i p Δi Variaión de la orriente de la indutania ΔI Variaión de la orriente de la arga Δt Variaión de tiempo ζ Amortiguamiento η Rendimiento global Φ Desase entre v e i ω Pulsaión de red ω o Pulsaión de resonania ω Pulsaión moduladora, pulsaión undamental ω sw Pulsaión portadora, pulsaión de onmutaión φ Fase de la señal moduladora φ sw Fase de la señal portadora θˆ Fase de red estimada ωˆ Pulsaión de red estimada δ Desase entre la tensión en la arga y v s xiii

16 xiv

17 Abreviaturas y arónimos BT Baja Tensión CHIB Compensador de Hueos e Interrupiones Breves CIB Compensador Interativo mediante Bobina CII Compensador Interativo mediante Interruptor CIT Compensador Interativo mediante Transormador CMC Compensador Mono onvertidor DPC Diret Power Control; Control direto de potenia DSC Diret Sel Control; Control direto de lujo DSTATCOM Distribution Stati Compensator; Compensador estátio de distribuión DTC Diret Torque Control; Control Direto de Par DVR Dynami Voltage Restorer; Restaurador dinámio de tensión ESD Energy Storage Devie; Dispositivo de almaenamiento de energía FP Fator de Potenia PF ow Pass Filter; Filtro pasa bajos MT Media Tensión NPC Neutral-Point Clamped inverter; Inversor on neutro PCC Punto de Conexión Común PD Phase disposition; Disposiión en ase PID Control Proporional Integral Derivativo P Phase oked oop; azo de sinronizaión de ase POD Phase Opposition disposition; Disposiión en oposiión de ase PWM Pulse Width Modulation; Modulaión de anhura de impulse STATCOM Stati Compensator; Compensador estátio SVM Spae Vetor Modulation; Modulaión vetorial THD Total Harmoni Distorsion; Distorsión armónia total UPS Uninterrupted Power Suply; Sistema de alimentaión ininterrumpida VSV Voltage Spae Vetor; Modulaión vetorial de tensión xv

18 xvi

19 . INTRODUCCIÓN GENERA INTRODUCCION GENERA. Anteedentes y motivaión del trabajo as redes de distribuión y transporte de energía elétria están sometidas a las inlemenias meteorológias, a la aión inontrolada de tereros y a los eetos del propio unionamiento del sistema, lo que genera un gran número de perturbaiones. a gran mayoría de esas perturbaiones están originadas por altas (generalmente ortoiruitos) en el propio sistema de distribuión elétrio [DO-95], [DO-97]. Cuando los sistemas de proteión detetan una alta dejan sin serviio la línea de distribuión aetada hasta que se reestableen las ondiiones normales de unionamiento. Durante esta operaión se produe una interrupión del suministro en la línea aetada y una disminuión brusa (hueo) de tensión en el onjunto de la red interonetada. os hueos de tensión también pueden produirse en la operaión normal del sistema, omo en el arranque de grandes motores y onexión de transormadores. En las ondiiones normales de operaión, el número de hueos que pueden aetar a una instalaión en baja tensión (BT) en un año puede llegar a ser de un millar y el número de interrupiones de tensión pueden elevarse hasta 5 en algunas omunidades. Estos suesos son aleatorios e imprevisibles y su distribuión anual es muy irregular (EN-56). Estas perturbaiones aetan a los elementos de ontrol basados en tenologías digitales (ordenadores, dispositivos de ontrol de proesos, iruitos eletrónios) y eletrónia de potenia (aionamientos...) que pueden estar asoiados a sistemas rítios (papeleras, bobinadoras, servidores de datos, et...) [BO-99], [B-4]. Como onseuenia de todo ello se produen paradas en proesos produtivos on las onsiguientes pérdidas eonómias [BO- 99]. El inremento de estas tenologías de ontrol en los proesos produtivos ha provoado un aumento del número de instalaiones sensibles. a soluión habitual a esta problemátia es la instalaión de Sistemas eletrónios de Alimentaión Ininterrumpida (UPS). Al objeto de garantizar un alto grado de proteión (estabilidad del ±% de la tensión de salida ante las perturbaiones) se utiliza la oniguraión de UPS de doble onversión. Esta estrutura onvierte y reonvierte permanentemente toda la potenia que irula por la arga mediante dos onvertidores estátios onetados en serie entre la línea de suministro y la arga. En el aso de las apliaiones de mediana y gran potenia la doble onversión eetuada genera unas pérdidas de potenia que no pueden ser despreiadas. Además se debe de onsiderar que normalmente estas UPSs utilizan un onjunto de baterías omo sistema de almaenamiento y por lo tanto requieren elevadas neesidades de mantenimiento y espaio. os ostos de operaión asoiados haen que esta soluión no se justiique para potenias superiores a los 75KW [GA-]. a inorporaión de sistemas de almaenamiento de energía alternativos a las baterías omo el volante de ineria permite reduir los requerimientos de espaio y de mantenimiento.

20 . INTRODUCCIÓN GENERA Como alternativa a las UPSs de doble onversión y al objeto de mejorar el rendimiento de la instalaión se onsidera interesante el estudio de otras topologías de ompensaión. En esta tesis se proponen y analizan topologías de ompensaión basadas en un únio onvertidor asoiadas a elementos de interaión on la línea. a seleión de una topología en base a una estrategia de ompensaión y su dimensionamiento óptimo es una ase lave para el desarrollo de una soluión industrial [DA-a]. En el maro de la eliminaión o mitigaión de los problemas ausados por la alta de alidad en el sistema elétrio de distribuión mediante la utilizaión de dispositivos de ompensaión basados en eletrónia de potenia se utilizan genériamente dos topologías: el ompensador serie ([WO-99], [NE-96], [MI-98], [DA-b]) y el ompensador paralelo ([BA-], [RA-96], [CHA-], [GR-]). os trabajos menionados estudian prinipalmente aspetos de ontrol o de diseño, sin estableer la idoneidad de una u otra topología a la problemátia planteada, y si lo haen, justiian la idoneidad de una topología de ompensaión utilizando omo únio argumento el dimensionamiento del onvertidor de ompensaión. Sin embargo, la evaluaión de una topología de ompensaión debería de onsiderar otras dierenias estruturales, omo la inorporaión de transormadores de inyeión, interruptores de bypass, iltros...[be-99]. En esta tesis se deine una metodología que permite la seleión de la topología más adeuada para el desarrollo del Compensador de Hueos e Interrupiones Breves (CHIB) en base a todos los omponentes que lo integran. Esta metodología se basa en el álulo de los oeiientes de uso y evalúa el oste global de la instalaión. Tras la adopión de una topología de ompensaión es neesario el dimensionamiento y optimizaión del valor de sus omponentes al objeto de satisaer las espeiiaiones requeridas. Esta ase de optimizaión debe onsiderar la araterizaión armónia del dispositivo, las limitaiones normativas en los niveles de ompatibilidad eletromagnétia y la aetaión del iltro de salida al dimensionamiento del onvertidor o a las aídas de tensión en los dierentes modos de unionamiento. os valores de los omponentes resultantes ondiionan de manera undamental el omportamiento unional y dinámio del dispositivo, es deir, el ontrol del mismo. El requerimiento general del ontrol del dispositivo es la generaión de una buena dinámia de respuesta ante las perturbaiones provenientes de la arga o de la red (tiempos de respuesta ineriores a un uarto de ilo). a problemátia a resolver se entra en la ompensaión de hueos e interrupiones y por lo tanto en el ampo del ontrol de tensión. El análisis de ontroles en dispositivos de ompensaión similares enontrados en la literatura muestran omportamientos on importantes osilaiones en la tensión de salida ([SA-], [KA-98]) prinipalmente debido a la presenia de un iltro C de bajo amortiguamiento. Otra araterístia típia es la presenia de errores de tensión en régimen permanente debido a los enómenos no ontemplados en el modelo (variaión de los parámetros del iltro C, tiempos muertos de los interruptores estátios, eeto de la uantiiaión,...) [BU-]. Para que la tensión proporionada por el dispositivo sea la adeuada es neesario la implementaión de ontroles en lazo errado ([VI-], [A-], [ET-3]). Sin embargo muhas de las ténias de ontrol que se desarrollan se derivan de apliaiones de baja potenia que pueden trabajar a reuenias elevadas ([BU-], [AW-]). Normalmente este tipo de ténias plantean hipótesis aproximativas que sólo son válidas para iertos parámetros de unionamiento, entre

21 . INTRODUCCIÓN GENERA los que se enuentra la alta reuenia de onmutaión. El problema surge uando los algoritmos que se estudian tienen su apliaión en dispositivos de gran potenia, donde el rendimiento tiene suma importania. Por esta razón, el dispositivo y el ontrol deben operar en un rango moderado de reuenias, por lo que algunas de las aproximaiones omentadas areen de validez y los modelos onsiderados deben ser analizados on preauión. Considerando estos aspetos, en esta tesis se analizan y proponen algoritmos de ontrol que pueden operar on reuenias moderadas de ontrol y proporionan los tiempos de respuesta requeridos para la proteión de las argas sensibles. En este trabajo de investigaión se integran las ases de espeiiaión y diseño on el análisis y desarrollo del ontrol permitiendo relaionar los atores que intervienen en ada una de ellas. El resultado de este trabajo es el desarrollo de ténias de ontrol adeuadas para un dispositivo de ompensaión de alta potenia que debe trabajar on restriiones reueniales en la onmutaión.. Objetivos de la tesis El objetivo prinipal de esta Tesis Dotoral es el desarrollo de algoritmos de ontrol de un Compensador de hueos e interrupiones breves de gran potenia que permita la proteión de argas o instalaiones de alta sensibilidad. Dado que el diseño del ontrol está ondiionado por la topología y los parámetros del sistema ísio a ontrolar, se han ijado los siguientes objetivos pariales al objeto de lariiar y deinir el esenario de investigaión:. Estableer y justiiar la idoneidad de una topología de ompensaión a la problemátia planteada.. Analizar y optimizar el dimensionamiento del dispositivo de ompensaión al objeto de estableer los parámetros de la planta a ontrolar en base a: - la topología del onvertidor - la araterizaión armónia y los límites normativos de ompatibilidad eletromagnétia - la aetaión del iltro de salida al dimensionamiento del onvertidor o a las aídas de tensión en los dierentes modos de unionamiento 3. Diseñar y analizar ténias de ontrol válidas que permiten, operando on reuenias de onmutaión moderadas, obtener una alta dinámia de ompensaión. a reuenia de onmutaión ha de ser moderada al objeto de obtener unos rendimientos de operaión aeptables..3 Organizaión de la memoria Este trabajo está ompuesto por este apartado de introduión y otros apartados organizados de la siguiente orma: En el apartado se presenta una visión de la problemátia asoiada a los hueos e interrupiones breves inluyendo los aspetos de araterizaión y algunas estadístias 3

22 . INTRODUCCIÓN GENERA reientes de este tipo de inidenias. También se desriben uales son las medidas habituales para su mitigaión. El apartado 3 presenta las propuestas de las topologías que son objeto de estudio y se desriben sus modos de unionamiento. En el apartado 4 se omparan uantitativamente las topologías presentadas en el apartado 3 mediante unos oeiientes denominados oeiientes de uso de omponentes que permiten evaluar el oste del dimensionamiento onsiderando todos los omponentes que intervienen. En el apartado 5 se analiza y optimiza el dimensionamiento del dispositivo de ompensaión al objeto de estableer los parámetros de la planta a ontrolar en base a la topología del onvertidor, la araterizaión armónia y los límites normativos de ompatibilidad eletromagnétia y la aetaión del iltro de salida al dimensionamiento del onvertidor o a las aídas de tensión en los dierentes modos de unionamiento. El apartado 6 desribe los dierentes módulos que onstituyen el ontrol del dispositivo omo el ontrol de los modos de operaión, el módulo de identiiaión de la perturbaión, el módulo de sinronizaión on la red, la unionalidad del ontrol interno y los métodos de modulaión. El apartado 7 desribe el desarrollo de los algoritmos de ontrol mediante la estrategia de asignaión de polos en una estrutura de tipo RST. Se onsidera la aproximaión del modelo medio para la tensión proporionada por el onvertidor. En el apartado 8 se propone un ontrol direto adaptado a la regulaión de la tensión inyetada. El ontrol deine la tensión a generar por el onvertidor al objeto de regular simultáneamente la orriente inyetada por el onvertidor y la tensión inyetada por el dispositivo. El apartado 9 presenta y desribe los resultados de validaión obtenidos sobre una plataorma experimental de Compensador Interativo de hueos e interrupiones mediante transormador (CIT). a estrutura de onvertidor utilizada es un onvertidor triásio binivel. a inalidad de esta plataorma es la validaión de los ontroles de tipo dead-beat basados en el modelo medio del onvertidor. El apartado reoge las onlusiones y perspetivas del trabajo de investigaión. A ontinuaión se reogen las reerenias bibliográias utilizadas. En el apartado se inluye el anexo del doumento. 4

23 . HUECOS DE TENSIÓN E INTERRUPCIONES. CARACTERIZACIÓN HUECOS DE TENSIÓN E INTERRUPCIONES. CARACTERIZACIÓN. Introduión as redes de distribuión y transporte de energía elétria son en la mayoría de los asos aéreas y están sometidas a inlemenias meteorológias, a la aión inontrolada de tereros y a los eetos del propio unionamiento del sistema que genera perturbaiones. a gran mayoría de las perturbaiones del sistema elétrio que aetan a los onsumidores están originados por altas (generalmente ortoiruitos) en el propio sistema de distribuión elétrio ([DO-95], [DO-97]). En la Figura - se representa el modelo de una red de distribuión radial donde Z S representa la impedania que ve el punto de onexión omún hasta el transormador T r, Z es la impedania de la línea, Z F es la impedania de la alta y Z T es la impedania de la puesta a tierra. os sistemas de proteión de las líneas tienen la misión de detetar y despejar todo tipo de altas en el menor tiempo posible. El sistema de proteiones de las líneas radiales de una red de distribuión está onstituido por unidades de proteión de sobreintensidad de tiempo inverso. Estas proteiones despejan la alta en un tiempo inversamente proporional a la intensidad de deeto. Por esta razón, el tiempo de despeje de una alta en una línea de la red de distribuión va a depender de la intensidad de deeto, es deir, va a depender de la impedania del amino de alta (impedania de la línea Z, la impedania de alta Z F y la impedania de la puesta a tierra Z T ). Figura -: Falta en una línea radial Cuando los sistemas de proteión detetan una alta, el interruptor orrespondiente deja sin serviio la línea de distribuión aetada hasta que se reestableen las ondiiones normales de unionamiento. Durante esta operaión se produe una interrupión del suministro en la línea aetada por la alta y una disminuión brusa (hueo) de tensión en el onjunto de la red interonetada. 5

24 . HUECOS DE TENSIÓN E INTERRUPCIONES. CARACTERIZACIÓN. Caraterizaión de inidenias.. Caraterizaión de los hueos de tensión El hueo de tensión se deine omo la disminuión brusa de la tensión a un valor situado entre el 9% y el % de la tensión nominal, seguida del restableimiento de la tensión después de un orto lapso de tiempo [EN-99]. a red de distribuión está sometida a un mayor número de inidenias que la red de transporte debido a varios atores: - Se detetan todas las inidenias originadas en los niveles de tensión superiores. - Mayor número de kilómetros de la red. - Menor nivel de aislamiento. - Una inidenia en una de las líneas onetada a la subestaión aeta al resto de las líneas de esa misma subestaión. Cuando se produe una interrupión en una línea, todas las demás líneas que parten de la misma subestaión van a verse sometidas a una brusa reduión en el nivel de tensión. a duraión del hueo de tensión que se registra en una línea va a ser la misma que el tiempo que se tarde en despejar la alta de la línea que ha allado. a proundidad va a ser un ator que va a depender de la impedania de la alta y de la distania que exista entre el punto de la alta y el punto en el que se ha registrado el hueo de tensión. En onseuenia, la proundidad y duraión del hueo que se mida en los dierentes puntos de la red es muy variable. No todos los hueos que se produen en la red son debidos a las altas. También se produen hueos en el arranque de grandes motores o en la onexión de transormadores en el sistema elétrio. os hueos debidos a las altas se araterizan por una brusa aída de la tensión seguida de una también rápida reuperaión. os hueos debidos al arranque de motores se araterizan por ser simétrios on una brusa aída de tensión y una evoluión lenta en la reuperaión. a onexión de transormadores provoa una lenta evoluión en la aída y en la reuperaión de la tensión generándose un hueo asimétrio y on un signiiativo nivel de distorsión del segundo armónio. os hueos de tensión se han estudiado en detalle en numerosos trabajos de investigaión (([DO-95], [DO-96], [DO-97]) y [BO-99]. En [B-99] se presenta un análisis y lasiiaión para los hueos triásios desequilibrados. a lasiiaión onsidera las altas triásias, monoásias, biásias así y omo todos los tipos de onexión de transormadores. os tipos de hueos que resultan en las redes de distribuión son los ilustrados en la Figura -. 6

25 . HUECOS DE TENSIÓN E INTERRUPCIONES. CARACTERIZACIÓN Tipo B V V V n = V V n = V V a = V V b = V jv V = V + jv Tipo C 3 3 V a = V V b = j V = + j 3 3 F F V F V F F V a = F V b = F jv V = F + jv 3 3 F V a = V V b = V jf V = V + jf Figura -: Diagrama asorial de tipos de hueos araterístios (p.u.) El hueo de tipo A se produe debido a altas triásias. os hueos de tipo B, C y D se produen ante las altas monoásias y biásias. a mayoría de los hueos desequilibrados que ven las instalaiones reeptoras son de tipo C y D. El vetor V se deine omo la araterístia de tensión del hueo. El vetor F se introdue para araterizar la disminuión de tensión que se produe en la ase no aetada durante un hueo biásio. a amplitud del hueo y el salto de ase resultante son parámetros que evoluionan en unión del tiempo. En la Figura -3 se muestran dierentes ausas de generaión de hueos, su proundidad y duraión típia

26 . HUECOS DE TENSIÓN E INTERRUPCIONES. CARACTERIZACIÓN Figura -3: Origen de hueos y duraión [BO-99] Al objeto de analizar la alidad del suministro del sistema de distribuión elétrio se realizan ampañas de medida que permiten el registro y araterizaión de los hueos e interrupiones breves. Entre las ampañas más reereniadas en la literatura internaional se enuentran las realizadas por el EPRI. En [GU-95] y [DO-97] se detallan algunos de los resultados obtenidos. Duraión de la inidenia (ms.) Vmínima/ Vnominal < t < < t 9 % 8 % 7 % 78. % 6 % 5 % 4 % 5.5 % 3 % % % 6.8 % % Tabla -: Clasiiaión de hueos en el sistema de distribuión En la Figura -4 y Tabla - se muestran los resultados obtenidos en la ampaña realizada por una empresa de distribuión española entre los años 997 y. Como se puede apreiar aproximadamente el 8% de las inidenias registradas se orresponden on proundidades de hueo ineriores al 5% y de duraión inerior a los mseg. 8

27 . HUECOS DE TENSIÓN E INTERRUPCIONES. CARACTERIZACIÓN Duraión Distribuión del probabilidad inidente hueo (MS) de tensión % 9% Porentaje de inidentes respeto del total 8% 7% 6% 5% 4% 3% % % % 4 < t Total Total >= V > 4 4 >= V > 5 Tensión mínima (%) 5 >= V > 6 6 >= V > 8 8 >= V > 9 < t <= 4 < t <= < t <= Duraión (ms) Figura -4: Distribuión de probabilidad de hueos de tensión.. Caraterizaión de las interrupiones de tensión Cuando los sistemas de proteión detetan la alta el interruptor orrespondiente deja sin serviio la línea de distribuión aetada hasta que este ierra de nuevo al haberse restableido las ondiiones normales. Durante este intervalo se produe una interrupión del suministro en las instalaiones alimentadas por la línea aetada. a interrupión de alimentaión se deine omo la ondiión en la que la tensión en los puntos de suministro es inerior al % de la tensión delarada [EN-99]. a interrupión de alimentaión puede ser lasiiada omo interrupión larga (sobrepasando tres minutos) provoada por un deeto permanente o interrupión breve (hasta tres minutos) provoada por un deeto ugitivo. Para estimar la duraión de las interrupiones de la red de distribuión, se ha utilizado una estadístia de inidenias proporionada por una empresa de distribuión española, orrespondiente a los años En la Tabla - se reoge la distribuión porentual de inidenias en las red de distribuión elétria en unión de la duraión total de la inidenia. a mayoría de las interrupiones que se produen son originadas por deetos ugitivos y tienen una duraión inerior a los 3 minutos. Por lo tanto se onsideran omo interrupiones breves. as interrupiones de larga duraión onstituyen aproximadamente el 8% de las interrupiones totales. 9

28 . HUECOS DE TENSIÓN E INTERRUPCIONES. CARACTERIZACIÓN Distribuión Duraión de la porentual de interrupión inidenias - 3 min. 7.5% > 3 min. 8.75% Total.% Tabla -: Clasiiaión de interrupiones en el sistema de distribuión.3 Normativas de inmunidad de los equipos y niveles de ompatibilidad En este apartado se desriben algunas de las normas de reerenia que deinen los niveles de inmunidad que deben tener los equipos elétrio eletrónios onetados a las redes de distribuión elétria. Por otra parte, se reopilan los requisitos en materia de ompatibilidad en las plantas industriales, que permiten lasiiar los entornos en unión de las araterístias de la red de suministro. Este análisis permite tener una visión sobre los requisitos normativos en uanto a inmunidad y ompatibilidad que aetan a los equipos elétrio eletrónios..3. IEC, UNE os aparatos elétrios y eletrónios destinados a unionar onetados a las redes generales de distribuión elétria deben ser inmunes a un determinado nivel de perturbaión y según un determinado omportamiento omo se reoge en las normas IEC 6-6- y IEC 6-6- (Tabla -3). Norma Perturbaión Nivel de inmunidad IEC 6-6- IEC 6-6- Interrupiones Hueos Hueos reduión 95% duraión 5 ms reduión 3% duraión ms reduión 6% duraión ms Tabla -3: Nivel de inmunidad para los reeptores elétrios Comportamiento de la máquina Comportamiento A: El equipo uniona orretamente durante la perturbaión Comportamiento B: El equipo uniona orretamente después de desapareer la perturbaión. Pérdida permisible de unionalidad Comportamiento C: Perdida temporal de unionalidad Como se india, ante los hueos de poa proundidad y orta duraión los equipos siguen unionando después de desapareer la perturbaión. Ante los hueos de proundidad media e interrupiones muy breves se admite la perdida temporal de la unionalidad. C B C

29 . HUECOS DE TENSIÓN E INTERRUPCIONES. CARACTERIZACIÓN os niveles de ompatibilidad para las redes industriales apliables a las perturbaiones que pueden apareer en el suministro elétrio en ondiiones normales de operaión se ijan en la norma EN Estos niveles de ompatibilidad se deinen para tres ambientes distintos dentro de una misma instalaión industrial: - Clase : Suministros protegidos, on niveles de ompatibilidad menores que los niveles oreidos por las redes generales de distribuión. Se relaiona on el uso de equipos muy sensibles a perturbaiones de redes de suministro, por ejemplo algunos equipos de automatizaión y de proteión, algunos ordenadores, et. Estos entornos normalmente ontienen equipos que requieren estar protegidos por elementos tales omo sistemas de alimentaión ininterrumpida (SAI) o iltros. En algunos asos, equipos altamente sensibles pueden requerir niveles de ompatibilidad aún más bajos que los orrespondientes a los entornos de lase. - Clase : Suministros industriales en general. os niveles de ompatibilidad para esta lase son los mismos que las redes generales de distribuión elétria. Por lo tanto los omponentes diseñados para su apliaión en redes públias pueden ser utilizados en esta lase de entorno industrial - Clase 3: Suministros industriales. os niveles de ompatibilidad para esta lase son superiores a los de la lase para algunas perturbaiones. Norma Perturbaión Ambiente Nivel de ompatibilidad Clase ± 8% Variaiones de Clase ± % tensión Clase 3 + % / - 5% Clase % reduión - ms. duraión Hueos de % reduión - Clase tensión () ms. duraión - 3 % reduión - Clase 3 ms. duraión - 3 Clase Ninguna Interrupiones () Clase breves Clase 3 < 6 segundos Variaiones de Clase ±% reuenia Clase ±% Δ/n Clase 3 ±% UNE-EN 6--4 () Niveles orientativos () No apliable para la Clase Tabla -4: Clasiiaión de ambientes industriales

30 . HUECOS DE TENSIÓN E INTERRUPCIONES. CARACTERIZACIÓN.3. Curva CBEMA a urva CBEMA (Computer Business Equipment Manuaturer Assoiation) ue propuesta para deinir los límites de alidad de onda que pueden soportar los equipos inormátios estandares (Figura -5). a urva está inluida en la IEEE Standard 446. os objetivos en el diseño de la urva CBEMA son la delimitaión de los límites de tolerania de tensión mínima y máxima, uera de los uales los equipos pueden dejar de unionar y/o ser dañados. Esta urva a sido adaptada por el ITI (Inormation Tehnology Industry Counil) para relejar mejor el omportamiento de los equipos eletrónios..4 Proesos y argas rítias Figura -5: Curva ITI(CBEMA) os equipos elétrio eletrónios onetados a las redes de distribuión elétria van a verse sometidos a los eetos perjudiiales de las perturbaiones indiadas. Estas perturbaiones van a aetar a estas máquinas de orma dierente, dependiendo de atores omo: - el grado de utilizaión de iruitos eletrónios. - el empleo de ontroladores (PC) para el gobierno de la máquina. - la ritiidad del proeso en el que están siendo empleadas, et. - la severidad de la perturbaión.

31 . HUECOS DE TENSIÓN E INTERRUPCIONES. CARACTERIZACIÓN Dependiendo de estos atores los eetos que estas perturbaiones tienen en ada usuario del sistema elétrio pueden ser muy diversos [BO-99], [B-4]. A ontinuaión realizamos una agrupaión de los deetos más usuales: - Perturbaión en la alidad del produto. Ante hueos de tensión no exesivamente severos y en los asos en los que el nivel de uso de la eletrónia es limitado, y los proesos no son espeialmente rítios, es posible ontinuar on la produión. - Perdida de produión durante la perturbaión. Ante ualquiera de las perturbaiones expliadas, el proeso para, pero es posible su puesta en marha tan pronto omo desaparee la perturbaión. Esto sólo suede en asos en los que el uso de la eletrónia no es elevado y que el proeso industrial no es ontinuo. - Perdida de produión por un tiempo superior al de la perturbaión. En proesos ontinuos o on omplejos sistemas eletrónios de ontrol, los tiempos de parada suelen exeder on rees los de la perturbaión (pueden darse paradas de varias horas ante perturbaiones de milisegundos). Esto es debido bien a que es neesaria la limpieza de algunas seiones del proeso, un tiempo de arranque prolongado hasta obtener los requerimientos de alidad soliitados por el liente inal o los tiempos de puesta en marha de los sistemas de ontrol. - Rotura de equipamiento. Existen proesos en los que debido a su naturaleza, la parada desontrolada de los mismos provoa la rotura de maquinaria. Un ejemplo lásio de este tipo de omportamiento es la rotura de herramientas en proesos de meanizaión. Setor Alimentaión Textil Papel Imprenta Reino Plástio Vidrio Miroeletrónia Automoión Aeronaútia Aguas Comuniaiones Hospitales Tabla -5: Instalaiones rítias o sensibles En la literatura se pueden enontrar dierentes estudios de suseptibilidad de equipos sensibles a los hueos e interrupiones ([IE-94], [AM-93], [WA-9]). os equipos analizados inluyen los elementos de ontrol basados en tenologías digitales (ordenadores, dispositivos de ontrol de proesos, eletrónia de onsumo) y eletrónia de potenia (aionamientos AC y DC). En estos análisis se demuestra que una instalaión utilizando úniamente 3

32 . HUECOS DE TENSIÓN E INTERRUPCIONES. CARACTERIZACIÓN dispositivos de ontrol eletromeánios tolera hueos de tensión de hasta el 4% de proundidad, mientras que una planta automatizada puede verse aetada por hueos de solo el 5% de proundidad. a mayoría de los dispositivos de ontrol digitales se ven aetados por hueos de solo el 5% de proundidad y de más de mseg. de duraión. En el ámbito industrial y teriario existen multitud de instalaiones que se pueden onsiderarse rítias o sensibles (Tabla -5). as instalaiones se araterizan por una potenia instalada superior a MVA..5 Medidas habituales ontra los hueos de tensión y las interrupiones as soluiones para eliminar o al menos minimizar los hueos de tensión y las interrupiones que pueden aetar a las argas rítias pueden ser implementadas desde dierentes puntos de vista. a más simple de ellas es la sustituión del equipo rítio por uno de unionalidad equivalente pero apaz de soportar los problemas de alidad de onda menionados. El abriante debería onsiderar este problema, pero reuentemente los aspetos de alidad de onda no se onsideran en las espeiiaiones y otras vees las soluiones son diíilmente implementables. Desde el punto de vista del sistema elétrio, la medida más natural es la minimizaión del número de perturbaiones en el sistema. as ompañías de distribuión lo realizan mediante un mejor mantenimiento de las líneas de distribuión (tala de árboles eranos a las líneas), mejora del aislamiento de líneas y ables, inremento de los supresores de rayos en las zonas más prolives, et. Otra medida es la mejora de las ténias de despeje de altas, mediante sistemas de proteión más rápidos, manteniendo la seletividad y la iabilidad del sistema [DU-96]. a reoniguraión del sistema de distribuión es también una alternativa para que los elementos rítios sean menos suseptibles a las perturbaiones y al sistema elétrio al que esta interonetado. Estas medidas permiten reduir el número y la duraión de las interrupiones breves y de los hueos en el sistema de transporte y de distribuión. De todas ormas estas medidas no son apaes de mitigar los hueos de orta duraión que aetan a las argas rítias. Por esta razón es neesario la instalaión de dispositivos de ompensaión en el sistema. El equipo habitual utilizado para la proteión de las argas rente a las interrupiones y hueos es la UPS (Uninterrupted Power Suply). Existen dierentes oniguraiones de UPS ([DU-96], [SO-], [BE-]). En la Figura -6 se representa una topología denominada Interativa on la línea. En esta topología, uando se deteta una perturbaión, la alimentaión de la arga es transerida al onvertidor de la UPS que proporionará la energía almaenada en al bano de baterías mediante la apertura del interruptor estátio de entrada. a transerenia se debe realizar rápidamente y de orma sinronizada on la red, evitando los ambios de ase de la tensión apliada a la arga. 4

33 . HUECOS DE TENSIÓN E INTERRUPCIONES. CARACTERIZACIÓN Red Carga Interruptor estátio inversor Modo normal Modo ompensaión baterias Figura -6: UPS Interativa on la línea Otra topología utilizada es la denominada UPS de doble onversión que se representa en la Figura -7. os onvertidores están onetados en serie entre la línea de suministro y la arga. a arga se alimenta ontinuamente a través de los onvertidores. Interruptor estátio Red arga retiiador inversor Modo normal Modo ompensaión baterias Modo bypass Figura -7: UPS de doble onversión a topología de doble onversión es la más utilizada para las apliaiones de mediana y gran potenia. Normalmente el almaén de energía está onstituido por baterías. Este tipo de topología proporiona un alto grado de proteión a las argas. Sin embargo tiene la desventaja de tener un bajo rendimiento debido a que la arga es alimentada a través de la estrutura de doble onversión durante el modo normal de operaión. Además, el oste de un sistema UPS de grandes dimensiones se inrementa signiiativamente debido al mantenimiento, la neesidad de un sistema de limatizaión para el onjunto de baterías y unos requerimientos de espaio importantes. Este motivo hae interesante la utilizaión de otros tipos de almaenamiento de energía omo p.e: superondensadores, volantes de ineria ( lywheel ), generadores, sistemas de almaenamiento de material superondutor (SMES), et. 5

34 . HUECOS DE TENSIÓN E INTERRUPCIONES. CARACTERIZACIÓN a norma IEC 64 lasiia los equipos de tipo UPS al objeto de deinir sus araterístias y prestaiones. Uno de los parámetros más importantes de la lasiiaión es la desviaión dinámia de la tensión admisible (Figura -8). En la Figura -8a se deine la araterístia dinámia para la lasiiaión más exigente (Clasiiaión ). Esta ategoría admite úniamente variaiones dinámias de tensión del +-3% para eventos de menos de 5 mseg. de duraión. En Figura -8b y Figura -8 se deinen las araterístias dinámias para las Clasiiaiones y 3 respetivamente. a) b) ) Figura -8: Curvas de tolerania de la tensión de salida [IE-] a instalaión de los equipos de proteión se puede realizar de una manera desentralizada en BT protegiendo ada una de las máquinas o equipos sensibles. Esta soluión implia la modiiaión de las instalaiones de distribuión de BT existentes y su adeuaión. En [BO-3] y [NI-] se propone la implementaión de un dispositivo de mitigaión global oloado en la abeera de la instalaión, ya que el osto global por MVA protegido es inerior a la soluión desentralizada..6 Conlusiones os hueos de tensión y las interrupiones breves son uno de los problemas más reuentes del sistema elétrio de distribuión. Generalmente están produidos por 6

35 . HUECOS DE TENSIÓN E INTERRUPCIONES. CARACTERIZACIÓN ortoiruitos en el propio sistema de distribuión o por eetos del unionamiento del sistema (arranque de motores, magnetizaión de transormadores, et). El tipo de hueo produido (amplitudes y ase resultante de ada omponente, duraión) depende de las impedanias resultantes en la instalaión aetada (tipos de tierra, topologías de los transormadores de distribuión) y de la ausa que lo genera. as normativas de inmunidad de equipos admiten la perdida temporal de la unionalidad ante los hueos de proundidad media e interrupiones muy breves. os niveles de ompatibilidad para redes industriales estableen ambientes de alta alidad que permiten el uso de equipos muy sensibles a las perturbaiones de las redes de suministro. as plantas automatizadas pueden verse aetadas por hueos del 5% de proundidad y de más de mseg de duraión. as soluiones de mitigaión global suponen un osto global por MVA protegido inerior a las soluiones de mitigaión desentralizadas. as instalaiones sensibles de nuestro entorno se araterizan por una potenia instalada superior a MVA. En este ontexto, la soluión global lásia basada en una UPS de doble onversión y un sistema de almaenamiento de baterías tiene la desventaja de tener un bajo rendimiento, unos ostes de mantenimiento elevados y unos requerimientos de espaio importantes. 7

36 . HUECOS DE TENSIÓN E INTERRUPCIONES. CARACTERIZACIÓN 8

37 3. DISPOSITIVOS DE COMPENSACIÓN DE HUECOS E INTERRUPCIONES BREVES 3 DISPOSITIVOS DE COMPENSACIÓN DE HUECOS E INTERRUPCIONES BREVES 3. Introduión En este trabajo de investigaión se estudia el omportamiento de un dispositivo de ompensaión de hueos e interrupiones que protege una instalaión industrial o teriaria y por lo tanto onstituye una soluión de mitigaión global. a soluión habitual a esta problemátia ha sido la instalaión de UPSs de doble onversión que utilizan baterías omo sistema de almaenamiento. El oste de un sistema UPS de gran potenia se inrementa signiiativamente debido a sus elevadas neesidades de mantenimiento, espaio e ineiienia energétia. Se onsidera que a partir de los 75KW este tipo de topología no se justiia eonómiamente. Como alternativa a las UPSs, en el maro de la eliminaión o mitigaión de los problemas desritos previamente, se utilizan, genériamente, dos topologías: el ompensador serie y el ompensador paralelo. Esta lasiiaión se basa en el tipo de onexión del onvertidor prinipal de ompensaión respeto de la arga. Normalmente para la ompensaión de hueos en BT se utilizan dispositivos de ompensaión serie ([WO-99], [NE-96], [MI-98], [DA-b]), mientras que la topología paralelo se asoia a la ompensaión de interrupiones [BA-], equilibrado y regulaión de tensión ([RA-96], [CHA-]), iltrado ativo y ompensaión de liker [GR-]. También se abordan estudios donde se evalúa el omportamiento de un DSTATCOM para la ompensaión de hueos en MT utilizando omo indutania de interaión la impedania de la línea [JO-]. Cuando se pretenden ompensar problemas de alidad de onda amplios los dispositivos de ompensaión utilizan generalmente estruturas híbridas on un onvertidor onetado en paralelo y otro en serie operando oordinadamente ([BA-], [AR-98], [RU-]). Cuando la instalaión a proteger dispone de una segunda línea de alimentaión es posible la utilizaión de un SSTS (Solid State Transer Swith) o Interruptor de transerenia estátio que permite la transerenia rápida de la alimentaión desde la línea perturbada a la línea auxiliar [JI-98]. os trabajos menionados estudian prinipalmente aspetos de ontrol o de diseño, sin estableer la idoneidad de una u otra topología a la problemátia planteada. En múltiples estudios de investigaión se justiia la idoneidad de una topología de ompensaión utilizando omo únio argumento el dimensionamiento del onvertidor de ompensaión. Sin embargo, la evaluaión de una topología de ompensaión debería de onsiderar otras dierenias estruturales, tales omo la inorporaión de transormadores de inyeión, interruptores de bypass, iltros...[be-99]. En esta tesis se analiza la utilizaión de una estrutura de Compensador Mono Convertidor (CMC) al objeto de mejorar el rendimiento de la instalaión. En este apítulo se proponen tres oniguraiones dierentes de CMC que enajan on el diagrama general de la 9