Prototype for harmonic compensation in three phase systems
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Universidad Distrital Francisco José de Caldas. Colombia
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Resumen
Descripción
Context: The traditional methodology for the control of harmonics consists in the use of passive filters tuned to the harmonic components to be eliminated. Passive filters require a frequency-demanding design to avoid resonance phenomena with other elements and they not respond to changes in the dynamics of the electric power system.Method: A best-performing solution alternative is parallel power active filters. These filters, unlike passive filters, inject compensation currents into the network and have adaptation to changes in operating conditions. The implementation of an active filter involves hardware development but also software development. Algorithms are required for calculation of compensation currents and dc bus voltage control.Results: In this work a prototype for the harmonic compensation of 5kVA is designed and built in three phase distribution systems of 220V. The hardware fundamental elements are: coupling coil, capacitor, semiconductor devices and controller. The control algorithms that are responsible for the operation of the active filter at each instant of time are PQ theory, Linear Control-PWM and PI Control.Conclusions: The active power filters are a solution to the presence of harmonics in power systems. They compensate the harmonics generated by nonlinear loads and they don‘t have resonance problems and good dynamic response.
Contexto: La metodología tradicional para el control de armónicos consiste en el uso de filtros pasivos sintonizados a las componentes armónicas a eliminar. Los filtros pasivos requieren de un diseño exigente en frecuencia para evitar fenómenos de resonancia con otros elementos y no responden a cambios en la dinámica del sistema eléctrico de potencia.Método: Una alternativa de solución de mejores características son los filtros activos de potencia paralelos. Estos filtros a diferencia de los filtros pasivos, inyectan corrientes de compensación a la red y tienen la capacidad de adaptarse a los cambios en las condiciones de operación. La implementación de un filtro activo implica desarrollo de hardware pero también desarrollo de software. Se requieren algoritmos para el cálculo de las corrientes de compensación, control de corriente y de la tensión del bus de continua.Resultados: En este trabajo se diseña y construye un prototipo para la compensación de armónicos de 5kVA en sistemas de distribución trifásica de 220V. Los elementos fundamentales que constituyen el hardware son: bobina de acople, condensador, dispositivos semiconductores y controlador. Los algoritmos de control que se encargan de la operación del filtro activo en cada instante de tiempo son Teoría PQ, Control Lineal-PWM y control PI.Conclusiones: Los filtros activos de potencia son una solución a la presencia de armónicos en los sistemas de potencia. Compensan los armónicos generados por las cargas, no presentan problemas de resonancia y tienen respuesta dinámica.
Contexto: La metodología tradicional para el control de armónicos consiste en el uso de filtros pasivos sintonizados a las componentes armónicas a eliminar. Los filtros pasivos requieren de un diseño exigente en frecuencia para evitar fenómenos de resonancia con otros elementos y no responden a cambios en la dinámica del sistema eléctrico de potencia.Método: Una alternativa de solución de mejores características son los filtros activos de potencia paralelos. Estos filtros a diferencia de los filtros pasivos, inyectan corrientes de compensación a la red y tienen la capacidad de adaptarse a los cambios en las condiciones de operación. La implementación de un filtro activo implica desarrollo de hardware pero también desarrollo de software. Se requieren algoritmos para el cálculo de las corrientes de compensación, control de corriente y de la tensión del bus de continua.Resultados: En este trabajo se diseña y construye un prototipo para la compensación de armónicos de 5kVA en sistemas de distribución trifásica de 220V. Los elementos fundamentales que constituyen el hardware son: bobina de acople, condensador, dispositivos semiconductores y controlador. Los algoritmos de control que se encargan de la operación del filtro activo en cada instante de tiempo son Teoría PQ, Control Lineal-PWM y control PI.Conclusiones: Los filtros activos de potencia son una solución a la presencia de armónicos en los sistemas de potencia. Compensan los armónicos generados por las cargas, no presentan problemas de resonancia y tienen respuesta dinámica.
Palabras clave
Active filter, Current controller, Energy quality, Harmonics compensation, Power inverter., Calidad de energía, Compensación de armónicos, Control de corriente, Filtro activo, Inversor de potencia.