Upload
others
View
7
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
JCEE’06
Filtres Actius de Potencia
Manuel Lamich Arocas
JCEE’06 Filtres Actius de Potencia 2
Índex de la presentació
• ¿Que es un Filtre Actiu de Potència?• Fonts i tipus de pertorbacions conduïdes• Topologies bàsiques de filtrat• Diagrama de blocs d’un filtre actiu• Aplicacions de les diferents estructures• Obtenció Consignes• Topologies dels Convertidors• Conclusions• Referències
JCEE’06 Filtres Actius de Potencia 3
¿Que es un filtre actiu de potència?
Carrega no lineal [1]
Filtre Actiude Potencia
Carrega no lineal [2]
Carrega no lineal [n]
Xarxade baixa tensió
Ixarxa
VcarregesVxarxa
Icarreges
JCEE’06 Filtres Actius de Potencia 4
Tasques d’un filtre actiu
• Reducció dels harmònics de corrent consumits de la xarxa– Reducció de la corrent per el neutre
• Reducció dels harmònics de tensió en les càrregues
• Correcció del factor de potencia• Equilibrat del corrent i la tensió entre les fases• Reducció del Flicker • Regulació´o de la tensió
JCEE’06 Filtres Actius de Potencia 5
Altres nomenclatures emprades
• “Harmonic Power Filter” HPF• “Active Power Line Conditioners” APLC• “Unified Power Quality Conditioner” UPQC• “Universal Power Flow Controller” UPFC• “Universal Power Conditioner” UPC• “Instantaneous Reactive Power
Compensators” IRPC• “Active Power Quality Conditioners” APQC
JCEE’06 Filtres Actius de Potencia 6
Fonts habituals i tipus de pertorbacions conduïdes [1]
VX
ZX
I IC
Icarrega
JCEE’06 Filtres Actius de Potencia 7
Fonts habituals i tipus de pertorbacions conduïdes [2]
VX
ZX
I VC
Icarrega
JCEE’06 Filtres Actius de Potencia 8
FiltreSèrie
Topologies bàsiques de filtrat [1]Filtres Sèrie y Paral·lel
FiltreParal·lel
Xarxade baixa tensió
Xarxade baixa tensió
Carreguesno
lineals
Carreguesno
lineals
I IF
I
VF
JCEE’06 Filtres Actius de Potencia 9
Topologies bàsiques de filtrat [2]Combinacions de filtres
VX
ZX
IVF I IF
VX
ZX
I
VF
JCEE’06 Filtres Actius de Potencia 10
Topologies bàsiques de filtrat [3]Combinacions de filtres
VX
ZX
I IF
VX
ZX
I IF
JCEE’06 Filtres Actius de Potencia 11
Topologies bàsiques de filtrat [4]Combinacions de filtres
VX
ZX
I
IF
IVF
JCEE’06 Filtres Actius de Potencia 12
Exemple Filtre Actiu combinat Sèrie i Paral·lel
JCEE’06 Filtres Actius de Potencia 13
Exemple Filtre Actiu + Banc de Condensadors
n STEPS SCB
CURRENT CALCULATIONAND POWER FACTOR
CONTROLER
CURRENTCONTROL
LOADS
SWITCHINGCONTROL
VOLTAGESOURCE
INVERTER
SWITCHINGCONTROL
SUPPLY LINE
JCEE’06 Filtres Actius de Potencia 14
Diagrama de blocs d’un filtre actiu
Control Modulació ConvertidorObtencióConsignes
EmmagatzematgeEnergia
XARXAMESSURA
JCEE’06 Filtres Actius de Potencia 15
Aplicacions de les diferents estructures
• Filtres sèrie– Reducció harmònics de tensió a la càrrega– Regulació de tensió– Reducció del Flicker y microtalls de tensió
• Filtres paral·lel– Reducció dels harmònics de corrent– Compensació del factor de potència– Reducció de la corrent pel neutre
JCEE’06 Filtres Actius de Potencia 16
Obtenció de consignes
• Mètodes “Temporals”
• Mètodes Freqüencials
JCEE’06 Filtres Actius de Potencia 17
Mètodes “Temporals”
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
t(s)
I(A
)
Corriente de carga y Corriente de línea
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
t(s)
I(A
)
Corriente Filtro
Corrent de carrega i Corrent de línea
Corrent pel Filtre
JCEE’06 Filtres Actius de Potencia 18
Mètodes “Freqüencials”
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2Corriente de carga y Corriente de línea
t(s)
I(A
)
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
t(s)
I(A
)
Corriente Filtro
Corrent de carrega i Corrent de línea
Corrent pel Filtre
JCEE’06 Filtres Actius de Potencia 19
Obtenció de consignes (Teoria de la potencia instantania)
Transformadad-q
iuiviw
id
iqFiltre Pas
baixTransformada
inversa d-q
id
iq
+qi
PIvdc
+
vdc*
Control de la tensió delbus DC
PLLvu generació
sin i cos
KvINVu
vINVv
vINVw
iuiviw
*
*
*
JCEE’06 Filtres Actius de Potencia 20
Obtenció de consignes (Filtre Híbrid)
WindowedFilter
20ms
PLLiF*
P
Q
PI
PI
mains
V1
50HzPatern
Generator
Phase
Amp
Zero crosingdetector
vCC*
iL iL
iH*
iX*
vCC
vX
vX
iL
vDC
V DC
*
K C
iCC*
iAC*
Tt
t
dt.i.vT
1P
Tt
t
2j dt.e.i.v
T1Q
PQta
n1
JCEE’06 Filtres Actius de Potencia 21
Obtenció de consignes (freqüència xarxa variable) [1]
JCEE’06 Filtres Actius de Potencia 22
Obtenció de consignes (freqüència xarxa variable) [2]
ZEROORDERHOLD
fs=25kHz
iL
j
psj
jL wij
1*
k
psk
kL wik
1
*
2
2*),( psjsinpsjtriangwj
22cos*),( pskpsktriangwk
ZEROORDERHOLD
ZEROORDERHOLD
ps
j=ps
k=ps
c
s
22 cs
csarctg
SINUSOIDALGENERATOR
Amplitude
Phase
iref
A
C
B
D
JCEE’06 Filtres Actius de Potencia 23
Obtenció de consignes (freqüència xarxa variable)
JCEE’06 Filtres Actius de Potencia 24
Evolució de la consigna
JCEE’06 Filtres Actius de Potencia 25
Diversos Inversors de tensió (VSI)
VR VS VT
T1 T3 T5
T2 T4 T6
VR VS VN
T1 T3 T7
T2 T4 T8
T5
T6
VT
JCEE’06 Filtres Actius de Potencia 26
VSI de 3 branques i 4 fils
T1 T3
T2 T4
T5
T6
L1
L2
L3
N
+
-VDC1
VNVTVSVR
LC LC LC
+
-VDC2
JCEE’06 Filtres Actius de Potencia 27
VSI de 3 branques i 4 filsFiltre híbrid
T1 T3
T2 T4
T5
T6
L1
L2
L3
N
+-
+
-VDC
VNVTVSVR
CC
LC
CC
LC
CC
LC
+-
+-
VAC+ VDC VAC+ VDC VAC+ VDC
JCEE’06 Filtres Actius de Potencia 28
CSI de tres branques
LI R
VT
T1
T2
T3
T4
T5
T6
I S
I T
VS
VR
RED
JCEE’06 Filtres Actius de Potencia 29
Resultat de l’aplicació d’unfiltre paral·lel monofàsic
JCEE’06 Filtres Actius de Potencia 30
Resultat de l’aplicació d’unfiltre paral·lel trifàsic
JCEE’06 Filtres Actius de Potencia 31
Resultat de l’aplicació d’unfiltre híbrid paral·lel trifàsic [1]
0.25 0.26 0.27 0.28 0.29 0.3 0.31 0.32 0.33 0.34 0.35
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
time(s)
Curr
ent(
A)
JCEE’06 Filtres Actius de Potencia 32
Resultat de l’aplicació d’unfiltre híbrid paral·lel trifàsic [2]
(25A, 5ms)
(50A,5ms)
Corrent de línea
Corrent de carrega
JCEE’06 Filtres Actius de Potencia 33
Conclusions
• Moltes de les càrregues connectades a la xarxa no son lineals
• Per reduir els harmònics generats per les càrregues no lineals cal col·locar filtres
• El tipus de filtres a col·locar depèn del tipus de càrregues
• Els filtres actius permeten reduir diversos tipus de pertorbacions
• Les prestacions d’un filtre actiu depenen de diversos paràmetres de disseny
JCEE’06 Filtres Actius de Potencia 34
Referències
• Fang Zheng Peng, “Application Issues of Active Power Filters”, IEEE Industry Applications Magazine, September/October 1998, pp 21-30.
• Hirofumi Akagi, “Trends in active Power Line Conditioners”, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 9 No. 3 May 1994, pp 263-268.
• Bhim Singh, Kamal Al-Haddad, Ambrish Chandra, “A Review of Active Filters for Power Quality Improvement”, IEEE Transactions on Industrial Electronics Vol. 46 No. 5, October 1999, pp. 960-971.
• Fang Zheng Peng “Harmonic Sources and Filtering Approaches”, IEEE Industry Applications Magazine, July/August 2001, pp 18-25.