SEMINARIOS DE ELECTRÓNICA DE POTENCIA - DIEECS D. Joaquín González Norniella

Transcripción

1 SEMINARIOS DE ELECTRÓNICA DE POTENCIA - DIEECS D. Joaquín González Norniella

2 Trabajo de investigación: Estrategias de control de rectificadores activos trifásicos Autor: D. Joaquín González Norniella Director: D. José Manuel Cano Rodríguez Fecha de lectura: 11-Septiembre-29

3 Introducción Rectificadores activos trifásicos controlados en tensión (VSR s) Teoría p-q Control Directo de Potencia (DPC) DPC basado en Flujo Virtual (VF-DPC) DPC vs. VF-DPC Hitos y líneas de investigación

4 Rectificadores trifásicos no controlados No regeneración, bajo factor de potencia y armónicos (pérdidas, EMI, resonancias, calentamientos ) Conversión trifásica AC/DC Rectificadores (convertidores) activos trifásicos (controlados, PWM) Rectificadores activos trifásicos controlados en corriente (CSR s) Rectificadores activos trifásicos controlados en tensión (VSR s) Voltage-oriented control (VOC) Control directo de potencia (DPC) Control directo de potencia basado en flujo virtual (VF-DPC)

5 Topología y funcionamiento

6 Vectores de estado de conmutación Vector Estado de conmutación V () V1 (1) V2 (11) V3 (1) V4 (11) V5 (1) V6 (11) V7 (111)

7 TRANSFORMACIÓN DE CLARKE AKAGI v a, v b, v c en ejes a, b, c v, vector espacial giratorio v α, v β en ejes α, β Potencias instantáneas

8 Diagrama de bloques básico y funcionamiento

9 La estimación de tensiones y potencias instantáneas es función de las derivadas de las corrientes y de los estados de conmutación

10 Los estados de conmutación son función de la posición del vector espacial de tensiones y de las salidas de los comparadores de histéresis

11 VARIACIÓN DE POTENCIA CONSTRUCCIÓN DE LA TABLA DE CONMUTACIÓN V4 V3 CAMBIO NORMALIZADO DE LA POTENCIA ACTIVA INSTANTÁNEA V5 V,V7.2 V V V1 SECTOR 1 SECTOR 2 SECTOR 3 SECTOR 4 SECTOR 5 SECTOR 6 SECTOR 7 SECTOR 8 SECTOR 9 SECTOR 1 SECTOR 11 SECTOR GRADOS

12 VARIACIÓN DE POTENCIA CONSTRUCCIÓN DE LA TABLA DE CONMUTACIÓN 1.8 V2 CAMBIO NORMALIZADO DE LA POTENCIA REACTIVA INSTANTÁNEA.6 V3.4 V1.2 V,V V4 -.6 V6 -.8 V5-1 SECTOR 1 SECTOR 2 SECTOR 3 SECTOR 4 SECTOR 5 SECTOR 6 SECTOR 7 SECTOR 8 SECTOR 9 SECTOR 1 SECTOR 11 SECTOR GRADOS

13 CONSTRUCCIÓN DE LA TABLA DE CONMUTACIÓN Sp Sq Θ 1 Θ 2 Θ 3 Θ 4 Θ 5 Θ 6 Θ 7 Θ 8 Θ 9 Θ 1 Θ 11 Θ MODELO IMPLEMENTADO

14 TENSIÓN (V) CORRIENTE (A) RESULTADOS EXPERIMENTALES Diseño incorrecto de la tabla de conmutación 2 TENSIONES REAL Y ESTIMADA EN LA FASE a Tensión estimada Tensión real 2 TENSIÓN REAL Y CORRIENTE EN LA FASE a Tensión Corriente Tensiones y corrientes

15 POTENCIA (W) POTENCIA (W) RESULTADOS EXPERIMENTALES Diseño incorrecto de la tabla de conmutación 42 POTENCIA ACTIVA INSTANTÁNEA REAL 42 POTENCIA ACTIVA INSTANTÁNEA ESTIMADA Potencia activa instantánea

16 POTENCIA (VAr) POTENCIA (VAr) RESULTADOS EXPERIMENTALES Diseño incorrecto de la tabla de conmutación 1 POTENCIA REACTIVA INSTANTÁNEA REAL 1 POTENCIA REACTIVA INSTANTÁNEA ESTIMADA Potencia reactiva instantánea

17 TENSIÓN (V) RESULTADOS EXPERIMENTALES Diseño incorrecto de la tabla de conmutación 68.3 TENSIÓN EN EL BUS DE CONTINUA Tensión en el bus

18 VARIACIÓN DE POTENCIA RESULTADOS EXPERIMENTALES Diseño incorrecto de la tabla de conmutación Sp Sq Θ 1 Θ 2 Θ 3 Θ 4 Θ 5 Θ 6 Θ 7 Θ 8 Θ 9 Θ 1 Θ 11 Θ 12 1 CAMBIO NORMALIZADO DE LA POTENCIA ACTIVA INSTANTÁNEA V V,V V3 V5 V2 -.4 V6 -.6 V1 -.8 SECTOR 1 SECTOR 2 SECTOR 3 SECTOR 4 SECTOR 5 SECTOR 6 SECTOR 7 SECTOR 8 SECTOR 9 SECTOR 1 SECTOR 11 SECTOR GRADOS

19 POTENCIA ACTIVA INSTANTÁNEA (W) POTENCIA ACTIVA INSTANTÁNEA (W) POTENCIA ACTIVA INSTANTÁNEA (W) RESULTADOS EXPERIMENTALES 65 VARIACIÓN DE LA POTENCIA ACTIVA INSTANTÁNEA ANTE ESCALÓN EN LA REFERENCIA 6 OPTIMIZACIÓN DEL MODELO VARIACIÓN DE LA POTENCIA ACTIVA INSTANTÁNEA ANTE ESCALÓN EN LA REFERENCIA VARIACIÓN DE LA POTENCIA ACTIVA INSTANTÁNEA ANTE ESCALÓN EN LA REFERENCIA COMPROMISO DINÁMICA-ESFUERZOS

20 CORRIENTE (A) CORRIENTE (A) RESULTADOS EXPERIMENTALES OPTIMIZACIÓN DEL MODELO 2 CORRIENTE Y TENSIÓN (escalada) EN LA FASE a 2 CORRIENTE Y TENSIÓN (escalada) EN LA FASE a Tensión Corriente Tensión Corriente FUNCIONAMIENTO EN SECUENCIA INVERSA

21 CORRIENTE (A) CORRIENTE (A) RESULTADOS EXPERIMENTALES OPTIMIZACIÓN DEL MODELO 2 CORRIENTE Y TENSIÓN (escalada) EN LA FASE a 2 CORRIENTE Y TENSIÓN (escalada) EN LA FASE a Tensión Corriente Tensión Corriente FUNCIONAMIENTO EN MODO INVERSOR

22 POTENCIA ACTIVA INSTANTÁNEA (W) RESULTADOS EXPERIMENTALES INFLUENCIA DE LA TENSIÓN DEL BUS EN LA CONTROLABILIDAD 13 POTENCIA ACTIVA INSTANTÁNEA

23 Fundamento

24 Diagrama de bloques básico

25 Los integradores representan un filtro pasabajos natural y las derivadas de las corrientes no están presentes

26 La relación de perpendicularidad entre los vectores espaciales de flujo y tensión permite utilizar las mismas tablas que en DPC MODELO IMPLEMENTADO

27 CORRIENTE EN LA FASE a CORRIENTE (A) ALIMENTACIÓN DISTORSIONADA k dis =25% 25 CORRIENTE EN LA FASE a ANTE UNA DISTORSIÓN DEL 25% EN 5º ARMÓNICO DE LA ALIMENTACIÓN 25 CORRIENTE EN UNA DE LAS FASES ANTE DISTORSIÓN DEL 25% EN 5º ARMÓNICO Tensión Corriente Tensión Corriente DPC VF-DPC FASE a

28 T.H.D. DE LA CORRIENTE ALIMENTACIÓN DISTORSIONADA VARIACIÓN DE LA T.H.D. DE LA CORRIENTE EN FUNCIÓN DEL COEFICIENTE DE DISTORSIÓN EN LOS MÉTODOS DPC y VF-DPC DPC VF-DPC PORCENTAJE DE DISTORSIÓN MAYOR ROBUSTEZ DEL VF-DPC FRENTE AL DPC

29 CORRIENTE (A) CORRIENTE (A) ALIMENTACIÓN DESEQUILIBRADA k des =25% 25 2 EFECTO DE UN DESEQUILIBRIO DEL 25% EN LA CORRIENTE DE LA FASE a 3 25 EFECTO DE UN DESEQUILIBRIO DEL 25% EN LA CORRIENTE DE LA FASE b Tensión Corriente Tensión Corriente DPC VF-DPC FASE b

30 T.H.D. ALIMENTACIÓN DESEQUILIBRADA VARIACIÓN DE LA T.H.D. DE LA CORRIENTE EN FUNCIÓN DEL COEFICIENTE DE DESEQUILIBRIO EN LOS MÉTODOS DPC Y VF-DPC DPC VF-DCP COEFICIENTE DE DESEQUILIBRIO MEJOR COMPORTAMIENTO DEL DPC

31 CORRIENTE (A) CORRIENTE (A) SENSIBILIDAD A IMPRECISIONES EN EL VALOR DE LA BOBINA L =L+2%L 2 CORRIENTE Y TENSIÓN EN LA FASE a 2 TENSIÓN Y CORRIENTE EN LA FASE a Tensión Corriente Tensión Corriente DPC VF-DPC

32 T.H.D. DE LA CORRIENTE DE LA FASE a SENSIBILIDAD A IMPRECISIONES EN EL VALOR DE LA BOBINA T.H.D. DE LA CORRIENTE EN FUNCIÓN DEL ERROR DE ESTIMACIÓN DE LA INDUCTANCIA DE LÍNEA DPC VF-DPC VARIACIÓN DE LA INDUCTANCIA (%) MEJOR COMPORTAMIENTO DEL VF-DPC

33 POTENCIA REACTIVA INSTANTÁNEA (VAr) POTENCIA REACTIVA (VAr) SENSIBILIDAD A IMPRECISIONES EN EL VALOR DE LA BOBINA L =L-2%L L =L+2%L 4 COMPARACIÓN ENTRE POTENCIA REACTIVA REAL Y ESTIMADA 2 COMPARACIÓN ENTRE POTENCIA REACTIVA INSTANTÁNEA REAL Y ESTIMADA q real q estimada q real q estimada LAS IMPRECISIONES EN L SE REFLEJAN EN q

34 POTENCIA (W) POTENCIA (W) COMPORTAMIENTO DINÁMICO Escalones de demanda de p 65 ESCALONES DE DEMANDA DE POTENCIA ACTIVA EN LA CARGA 65 ESCALONES DE DEMANDA DE POTENCIA ACTIVA EN LA CARGA DPC VF-DPC p

35 POTENCIA (VAr) POTENCIA (VAr) COMPORTAMIENTO DINÁMICO Escalones de demanda de p 5 EFECTO DE ESCALONES DE DEMANDA EN LA POTENCIA REACTIVA INSTANTÁNEA 35 EFECTO DE ESCALONES DE DEMANDA EN LA POTENCIA REACTIVA INSTANTÁNEA DPC VF-DPC q

36 CORRIENTE (A) CORRIENTE (A) COMPORTAMIENTO DINÁMICO Escalones de demanda de p 3 EFECTO DE ESCALONES DE DEMANDA EN LA CORRIENTE Y TENSIÓN DE LA FASE a 3 EFECTO DE ESCALONES DE DEMANDA EN LA CORRIENTE Y TENSIÓN DE LA FASE a Tensión Corriente Tensión Corriente DPC VF-DPC v-i

37 TENSIÓN (V) TENSIÓN (V) COMPORTAMIENTO DINÁMICO Escalones de demanda de p 635 EFECTO DE ESCALONES DE DEMANDA EN LA TENSIÓN DEL BUS DE CONTINUA 635 EFECTO DE ESCALONES DE DEMANDA EN LA TENSIÓN DEL BUS DE CONTINUA DPC VF-DPC EL COMPORTAMIENTO DINÁMICO ES SIMILAR v dc

38 Ventajas de VF-DPC frente a DPC Frecuencia de muestreo necesaria menor Algoritmos más sencillos Buen comportamiento ante sistemas distorsionados Menor sensibilidad a errores en parámetros Estimación de potencias menos sensible al ruido No es necesaria la derivación de las corrientes Desventajas de VF-DPC frente a VOC Frecuencia de conmutación variable Frecuencia de muestreo elevada Se requieren dispositivos de gran rapidez

39 Ventajas de VF-DPC y DPC frente a VOC Algoritmos más sencillos Ausencia de bucles de corriente No se requieren transformaciones a coordenadas rotatorias ni bloques PI No se necesitan bloques separados de modulación de tensiones PWM Mejor comportamiento dinámico No se necesita la descomposición del control en elementos activos y reactivos

40 Estudio de teorías de potencia y su aplicación Optimización del modelo DPC Modelo con buena dinámica y baja frecuencia de conmutación Modelo adecuado para las dos secuencias de fases Modelo con funcionamiento correcto en los dos modos de trabajo Influencia de la tensión del bus de continua Método de sintonización automática de la bobina (algoritmo iterativo y método analítico) Otros: comparadores de histéresis de tres niveles, PLL, frecuencia de conmutación constante

41 Optimización del modelo VF-DPC Aplicación de las mejoras del DPC Algoritmos de integración de tensiones Estudio detallado de otros métodos de control VOC, VFOC, CSF-DPC, P-DPC, VF-P-DPC Construcción de un rectificador activo trifásico con apoyo en la plataforma RT-LAB Primeros pasos con RT-LAB Colaboración con el Grupo de Accionamientos Eléctricos y Electrónica de Potencia Colaboración con el Grupo de Sistemas Eléctricos de Potencia de la Universidad de Sevilla Elaboración y publicación de artículos científicos Optimization of Direct Power Control of Three-Phase Active Rectifiers by using Multiple Switching Tables, ICREPQ, Marzo 21

42 TENSIÓN/CORRIENTE Método de sintonización automática de la bobina MODELO IMPLEMENTADO 25 2 CORRIENTE Y TENSIÓN (ESCALADA) EN LA FASE a Tensión Corriente OBJETIVO: MÉTODO ANALÍTICO DE SINTONIZACIÓN

43 Plataforma RT-LAB: Primeros pasos

44 Plataforma RT-LAB: Primeros pasos ADAPTACIÓN DEL MODELO AL ENTORNO RT-LAB CONTROL PROTOTIPADO RÁPIDO DE CONTROL RECTIFICADOR PLANTA SIMULACIÓN EN TIEMPO REAL

45 GRACIAS POR SU ATENCIÓN