RT Dissertation/Thesis
T1 Diseño de un acondicionador activo de potencia basado en la combinación de filtro activo serie y filtro activo paralelo para la compensación de cargas trifásicas no lineales
A1 Prieto Thomas, Jaime
A2 Universidad de Huelva. Departamento de Ingeniería Eléctrica y Térmica, de Diseño y Proyectos
K1 Energía eléctrica
AB Este trabajo de Tesis presenta el diseño de un filtro activo de potencia combinado serie – paralelopara el acondicionamiento completo de la carga, tanto en las tensiones con las que trabaja como enlas intensidades que requiere de la red de suministro, según una estrategia de compensacióndiseñada al efecto. El acondicionador, denominado Acondicionador Activo para la Compensaciónde la Carga (Load Compensation Active Conditioner, LCAC), está constituido por dos filtrosactivos de potencia, uno en serie con la red de suministro y otro en paralelo con el lado de carga,mediante la utilización de un bus de continua común. El filtro activo serie equilibra y regula lastensiones aplicadas, aislando a la carga de las distorsiones de la tensión de red. Por otro lado, elfiltro activo paralelo se encarga de eliminar los armónicos de la intensidad de carga, así como lasintensidades reactivas y de desequilibrio. La estrategia de compensación seleccionada permite a losconvertidores actuar de forma coordinada, según un comportamiento dinámico rápido y robusto,con mínima dependencia de los valores precisos de los componentes utilizados. Esto ha permitidodotar al LCAC de una respuesta de alta estabilidad frente a las distintas condiciones de operación.La configuración establecida ha resultado adecuada para su aplicación a un amplio rango de tiposde carga y la implementación del control, expresada en variables en el dominio del tiempo, haconducido a un diseño intuitivo y flexible de rápida respuesta dinámica.En concreto, en el capítulo II, se revisan los criterios utilizados para la evaluación de la mejora dela calidad de la potencia conseguida con equipos de compensación activa. Se profundiza en laaplicación de los índices de calidad basados en los planteamientos del IEEE Std. 1459, analizandoen detalle la interpretación de los distintos indicadores. El estudio de la contribución de lascomponentes armónicas al desequilibrio ha llevado a la definición de un método mejorado, tantoen el esfuerzo de cálculo como en la interpretación de los índices correspondientes. Este nuevoprocedimiento se ha aplicado sistemáticamente a todos los casos analizados para la valoración desus resultados.En el capítulo III se describe el diseño del acondicionador activo. Sobre la base de las propuestasexistentes, se establece la estrategia de compensación más adecuada para el LCAC según losobjetivos propuestos. Posteriormente, se determina el procedimiento para la obtención de lasseñales de referencia de tensión e intensidad. Se analiza después el comportamiento de loselementos pasivos auxiliares con su modelo en el espacio de estados para determinar su respuestadinámica y su capacidad de filtrado en altas frecuencias, así como para la sintonización de losparámetros de control. El dimensionamiento de los componentes del equipo se calcula en funciónde las tensiones e intensidades que tenga que suministrar según los objetivos generales planteados.Este análisis teórico se particulariza en la selección de los elementos para un prototipo dereferencia, con vistas a su comprobación en una plataforma de simulación y su posterior validacióncon un prototipo experimental de laboratorio.En el capítulo IV se desarrollan las plataformas de simulación y de laboratorio utilizadas, asícomo los distintos casos prácticos seleccionados. La plataforma de simulación se ha desarrollado enel entorno MATLAB-Simulink e incorpora un nivel considerable de detalle en su modelado, conobjeto de que sus resultados sean representativos de los obtenidos con el prototipo de laboratorio.A continuación, se presentan y analizan los casos prácticos de simulación que permiten validar enun primer nivel el comportamiento del diseño propuesto, así como el método de caracterización einterpretación de los resultados. Finalmente, se describen la plataforma de laboratorio y loscorrespondientes casos prácticos, para la validación experimental del diseño realizado y el análisisde los resultados obtenidos.
AB This thesis presents the design of a combined series – parallel active power filter for a completeconditioning of the load, both in the voltages with which it works and in the currents that itrequires from the supply network, with a dedicated compensation strategy. The equipment, calledLoad Compensation Active Conditioner, LCAC, consists of two active power filters, one in serieswith the supply network and another in parallel with the load side, with a common DC bus. Theseries active filter balances and regulates the applied voltages, isolating the load from mainsvoltage distortions. On the other hand, the parallel active filter compensates the harmonics of theload current, as well as the reactive and unbalance components. The selected compensationstrategy allows the converters to act in a coordinated manner, with a robust and fast dynamicbehavior, with a reduced dependence of the precise values of the components used, as well as ahigh stability response to the different operating conditions. It makes it suitable for application to awide range of load types and the control implementation, expressed in time domain variables,allows an intuitive and flexible design with a fast dynamic response.On the other side, chapter II studies the criteria used for the evaluation of the improvement ofthe power quality achieved with active compensation equipment. The determination of qualityindices based on the IEEE Std. 1459 approach is analyzed, as well as the interpretation of thediverse indicators. The study of the contribution of the harmonic components to the unbalance hasled to the definition of an improved method, both in calculation requirements and in theinterpretation of the corresponding indices. This new procedure has been systematically applied toall the cases analyzed for the evaluation of its results.Chapter III describes the design stage of the active conditioner. After the review of the existingproposals, the most appropriate compensation strategy for the LCAC is established according tothe proposed objectives. Subsequently, the procedure for obtaining the voltage and intensityreference signals is determined. The behavior of the auxiliary passive elements is then analyzedwith their state space model to evaluate their dynamic response and their high frequency filteringcapacity, as well as for tuning the control parameters. The dimensioning of the components of theequipment is also calculated based on the voltages and currents that it has to supply according tothe general objectives. This theoretical analysis is particularized in the selection of the elements fora reference prototype, for the purpose of verification with a simulation platform and its subsequentvalidation with an experimental laboratory prototypeChapter IV presents the simulation and laboratory platforms developed, as well as the differentpractical cases selected. The simulation platform has been developed in the MATLAB-Simulinkenvironment and incorporates a considerable level of detail in its modeling, in order that its resultsare representative of those obtained with the laboratory prototype. Next, the simulation casestudies that allow a first validation of the behavior of the proposed design are presented andanalyzed, as well as the method of characterization and interpretation of the results. Finally, thelaboratory platform and the corresponding case studies are described, for the experimentalvalidation of the proposed design and the evaluation procedure.
PB Universidad de Huelva
YR 2020
FD 2020
LK http://hdl.handle.net/10272/18641
UL http://hdl.handle.net/10272/18641
LA spa
DS Repositorio Institucional de la Universidad de Huelva
RD 1 jun 2026