Ingeniería Eléctrica · 2022
Análisis de la interacción armónica de cargas basadas en fuentes conmutadas en una red de Baja Tensión
Los hogares colombianos poseen un gran número de cargas basadas en electrónica de potencia que tienen influencia en la red por sus altos niveles de distorsión de corriente; debido a esto, el presente trabajo de grado busca realizar un análisis de la distorsión armónica de corriente obtenidas cuando son conectadas múltiples cargas en el mismo punto de acople común (PCC), es decir cuando son agregadas. Este trabajo se centra en particular en las cargas no lineales basadas en fuentes conmutadas, SMPS (Por sus siglas en inglés Switch-Mode Power Supply), puesto que la mayoría de los electrodomésticos que se encuentran en los hogares corresponden a este tipo. Debido a la contingencia de salud mundial provocada por la pandemia COVID-19, este trabajo de grado se ve orientado al trabajo de simulación por medio del software MatLab/Simulink, en donde se parte modelando las cargas en el dominio del tiempo, utilizando específicamente un modelo circuital equivalente. Debido a la incertidumbre en el número y características de los parámetros que conforman el modelo, estos son asignados aleatoriamente mediante un método probabilístico. Así mismo este trabajo se centra en la incidencia que puede tener la distorsión de tensión y la impedancia equivalente del sistema sobre los resultados de distorsión armónica de corriente y a su vez, estos dos últimos sobre la distorsión de tensión.
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Contenido
- Resumenp. 3
- Abstractp. 4
- Introducciónp. 11
- Generalidades del proyectop. 14
- 1.1 Objetivo generalp. 14
- 1.2 Objetivos específicosp. 14
- 1.3 Alcancesp. 17
- 2. Modelo para fuentes conmutadas en un punto de acople comúnp. 17
- 2.1 Modelos circuitales de fuentes conmutadasp. 18
- 2.1.1 Modelo circuital equivalentep. 19
- 2.2. Modelado del sistema de distribución en Baja Tensiónp. 25
- 2.3. Formas de onda de la fuente de alimentaciónp. 27
- 2.4. Índice de distorsión armónica total (THD)p. 29
- 2.5. Factor de diversidad armónica (DF)p. 30
- 3. Escenarios de simulaciónp. 31
- 3.1 Simulación de cargas individualesp. 31
- 3.2 Agregación de cargasp. 32
- 3.3 Función de optimización para la agregación de cargasp. 34
- 4. Resultados de simulación de la interacción armónicap. 36
- 4.1 Corrientes individualesp. 37
- 4.1.1 SMPS no-PFCp. 37
- 4.1.2 SMPS p-PFCp. 39
- 4.1.3 CFLp. 23
- 4.1.4 Análisis de resultados para cargas individualesp. 43
- 4.2 Agregación de cargas sin impedancia de redp. 45
- 4.2.1 Agregación SMPS no-PFCp. 45
- 4.2.2 Agregación SMPS p-PFCp. 48
- 4.2.3 Agregación CFLp. 51
- 4.2.4 Agregación Mixtap. 54
- 4.2.5 Análisis de resultadosp. 57
- 4.3 Agregación de cargas con impendacia de redp. 62
- 4.3.1 Impedancia de red mínima (Zsys mínima)p. 63
- 4.3.2 Impedancia de red nominal (Zsys nominal)p. 64
- 4.3.3 Impedancia de red máxima (Zsys máxima)p. 66
- 4.3.4 Análisis de resultadosp. 57
- 4.4 Agregación de cargas con frecuencia fundamental 60 Hzp. 73
- 4.4.1. Agregación de cargas fuente de alimentación flat-topp. 74
- 4.4.2 Agregación de cargas fuente de alimetación señal E3Tp. 75
- 4.4.3 Análisis de resultadosp. 57
- 5. Conclusionesp. 81
- 6. Anexosp. 85
- Referencias Bibliográficasp. 106
- Apéndicesp. 108
- Tabla 2. Valores impedancia de la red en Baja Tensiónp. 27
- Tabla 3. Contenido armónico ondas de alimentación sinusoidal, flat-top y pointed topp. 28
- individualesp. 44
- Tabla 5. Factores de diversidad armónica ante fuente de alimentación sinusoidalp. 58
- Tabla 6. Factores de diversidad armónica ante fuente de alimentación flat-topp. 59
- Tabla 7. Factores de diversidad armónica ante fuente de alimentación pointed-topp. 60
- Tabla 8. Índices de distorsión armónica para la agregación de cargasp. 61
- Tabla 9. Factores de diversidad armónica ante diferentes impedancia de redp. 70
- Tabla 10. Comparativa de factores de diversidad con o sin impedancia de redp. 71
- agregación de cargasp. 32
- Tabla 12. Factores de diversidad armónica para cargas agregadas a 60 Hzp. 79
- Tabla 13. Factores de diversidad armónica para cargas agregadas a 60 Hz (Onda E3T)p. 80
- agregación de cargas a 60 Hzp. 81
- Figura 1. Modelo circuital equivalente carga luminaria CFLp. 20
- Figura 2. Modelo circuital de la red en Baja Tensiónp. 26
- Figura 3. Formas de onda utilizadas en redes de distribución en Baja Tensiónp. 29
- Figura 4. Diagrama de flujo para obtener la tensión y corriente para la agregación de cargasp. 33
- Figura 5. Diagrama de flujo para determinar la gráfica del factor de diversidad armónicap. 34
- topp. 41
- Figura 12. Corriente individual y contenido armónico carga CFL ante fuente sinusoidalp. 42
- Figura 13. Corriente individual y contenido armónico carga CFL ante fuente flat-topp. 42
- Figura 14. Corriente individual y contenido armónico carga CFL ante fuente pointed-topp. 43
- Figura 16. Factores de diversidad para agregación de cargas tipo SMPS no-PFCp. 47
- Figura 18. Factores de diversidad para agregación de cargas tipo SMPS p-PFCp. 50
- Figura 19. Impacto de la agregación de cargas tipo CFL en un punto de acople comúnp. 52
- Figura 20. Factores de diversidad para agregación de cargas tipo CFLp. 53
- Figura 21. Impacto de la agregación de cargas mixtas en un punto de acople comúnp. 55
- Figura 22. Factores de diversidad para agregación de cargas mixtasp. 56
- red minima)p. 63
- Figura 24. Factor de diversidad de cargas agregadas con impedancia de red minimap. 64
- red nominal)p. 65
- de red nominal)p. 66
- red máxima)p. 67
- de red máxima)p. 68
- Figura 29. Impacto de la agregación de cargas basadas en fuentes conmutadas a 60 Hzp. 74
- Figura 30. Factor de diversidad de cargas agregadas basadas en fuentes conmutadas a 60 Hzp. 75
- típica E3T)p. 76
- (Onda típica E3T)p. 77