CAPITULO 5_ LAbControl

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

EE641M

CAPITULO 5

MODELADO DEL STATCOM Resumen  En este capítulo se expone un modelo matemático del STATCOM y el sistema AC. Se describen las técnicas de control del STATCOM, pasando primero por la técnica SVPWM (técnica de modulación por ancho de pulso del vector espacial), y después la técnica de control de fase. Ésta última muy utilizada para el control de inversores multipulso.

1. INTRODUCCIÓN Se presentará el modelo matemático del STATCOM, del cual, se derivará el sistema de control. Se presentarán dos técnicas de control: la técnica de control con SVPWM y la técnica de control de fase del STATCOM. El STATCOM se emplea en Sistemas de Potencia para mantener las tensiones en las barras mediante la compensación dinámica de reactivos capacitivos o inductivos. Su control se  puede centrar en regulación del factor de potencia, p otencia, en amortiguar oscilaciones del sistema.

2. DESARROLLO DEL CAPITULO 2.1. REPRESENTACIÓN INSTANTÁNEAS

VECTORIAL

DE

CANTIDADES

TRIFÁSICAS

De la representación del vector espacial, puede extenderse hasta hast a la introducción en un sistema de coordenadas ortogonal en el cual cada vector se describe por medio de sus componentes α -ß. La transformación de variables de fase (sean corrientes o tensiones) a coordenadas a -ß está dado por la siguiente matriz de transformación:

Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica

Página 1

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

EE641M

Se define una potencia activa instantánea p igual a:

Se muestra dos vectores, uno es la representación de la tensión de la línea de transmisión en el punto de conexión del STATCOM y el otro vector representa la corriente existente entre el sistema AC y el STATCOM.

Fig. 1 Marco de Referencia α - β

Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica

Página 2

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

EE641M

Donde φ es el ángulo existente entre los vectores de tensión y corriente. Con esto se muestra

claramente que las componentes de corrientes que están en fase con la tensión son las que contribuyen a la potencia activa. La muestra una manipulación del sistema de coordenadas, utilizado más adelante para la separación de variables en el sistema de control. TRANSFORMACIÓN DE PARK

 Fig. 2 Marco de Referencia d-q

Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica

Página 3

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

EE641M

y sustituyendo en la ecuación (5.2) se puede obtener que:

.

2.2. ECUACIONES DEL CIRCUITO EQUIVALENTE La Fig.2, muestra una representación simplificada de un STATCOM, incluyendo un capacitor en el lado DC, un inversor y unas inductancias en serie en las tres fases conectadas al sistema AC.

 Fig. 3 Esquema general del STATCOM

Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica

Página 4

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

EE641M

2.3. SISTEMAS DE CONTROL DEL STATCOM 1. Técnica de control por intermedio de la modulación SVPWM Para establecer este tipo de control se escogió el esquema desarrollado por [SCHAUDER y MEHTA, 1993], el cual está basado en la transformación de Park. La ventaja principal de esta teoría tiene que ver con la posibilidad de desacoplar el control de P y Q del STATCOM, además de transformar ambas señales inherentemente sinusoidales en variables “DC” que

 pueden ser manejadas por un sistema de control lineal. En este sistema R y L representaran la resistencia y reactancia del transformador respectivamente   ,   ,   las tensiones alternas a la salida del STTCOM.

Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica

Página 5

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

EE641M

Finalmente, las siguientes expresiones muestran la relación entre la tensión en el capacitor y la tensión de salida del inversor. donde a es el ángulo de desfasaje entre la componente fundamental de tensión de salida del inversor y la tensión del sistema AC.

 Fig. 4 Esquema general del Sistema de Control del STATCOM Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica

Página 6

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

EE641M

2. Técnica de control de fase En muchos casos, el control STATCOM es función de las necesidades del sistema: control de potencia reactiva, estabilidad transitoria, regulación de tensión, etc. También las técnicas  para estos fines son diversas, con sus ventajas y desventajas.

2.1. Componentes básicos del sistema de control

Los componentes básicos del control del STATCOM, mostrados en la figura 5.8, son un controlador de sincronismo y un controlador de reactivos. El sincronismo, entre las tensiones del sistema y las tensiones generadas por el conjunto de inversores y transformadores se lleva a cabo por un oscilador de bloqueo de fase, ó PLL,  Phase Locked Loop. Conforme se muestra, la potencia reactiva está relacionada con la amplitud de las tensiones generadas por el STATCOM y estas tensiones están relacionadas con la tensión DC del capacitor. Así mismo un control que actué sobre la tensión del capacitor escapaz de controlar la potencia reactiva generada por el STATCOM.

2.2. PLL, phase locked loop Los osciladores con bloqueo de fase, ó PLL, son circuitos utilizados para sincronizar señales. Existen varios tipos de PLLs. El PLL de la figura es un circuito que realiza la detección de frecuencia y fase de las señales de secuencia positiva de las tensiones del sistema eléctrico.

Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica

Página 7

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

EE641M

 Fig. 5 Esquema del PLL

2.3. Control de reactivos En el caso de que las tensiones del sistema AC y a la salida del inversor del STATCOM, entren en fase, no existirá flujo de potencia activa entre el sistema AC y el STATCOM. Así mismo: 1. En el caso de que la amplitud de la red sea mayor que la del STATCOM, este funciona como un banco de inductores equivale con potencia reactiva inductiva. 2. En el caso de que la amplitud de la red sea menor que la del STATCOM, este funciona como un banco de capacitores equivalente con potencia reactiva capacitiva. En el caso en que el desfasaje entre las tensiones del sistema AC y el STATCOM sea diferente de cero, habrá un flujo de potencia activa entre el sistema AC y el STATCOM.

Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica

Página 8

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

EE641M

 Fig. 6 Esquema del PLL + señal de desfasaje

1. Si las tensiones del sistema AC estuvieran adelantadas,  > 0 , con relación al STATCOM, habrá un flujo de potencia activa, entrando hacia el STATCOM, cargando el capacitor y consecuentemente aumentando su tensión. 2. Si las tensiones del sistema AC estuvieran atrasadas,  < 0 , con relación al STATCOM, habrá un flujo de potencia activa, saliendo desde el STATCOM, descargando el capacitor y consecuentemente disminuyendo su tensión. Por lo tanto, lograr que haya un pequeño desfasaje , entre la señal de sincronismo de las tensiones del sistema AC y la tensión del STATCOM, alterara la tensión del capacitor y consecuentemente, se alterara la tensión AC del propio STATCOM, permitiendo el control de potencia reactiva.

Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica

Página 9