Cálculo de interarmónicos y flicker en redes eléctricas de … · Cargas no lineales de gran...
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Marzo 2008
Madrid
Centro de Electrónica Industrial (CEI)
ce
i@u
pm
.es
Universidad Politécnica de MadridUniversidad Politécnica de Madrid
Cálculo de interarmónicos y flickerCálculo de interarmónicos y flicker
en redes eléctricas de transporteen redes eléctricas de transporte
Proyecto HOREF (Hornos en régimen fluctuante)Proyecto HOREF (Hornos en régimen fluctuante)
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Índice de la presentaciónÍndice de la presentación
Objetivos del proyecto HOREF
Funcionamiento de los hornos de arco de cc y ca
Modelado de hornos de cc
Modelado de hornos de ca
Cálculo del parpadeo (flicker)
Propagación de interarmónicos y flicker
Ejemplos de aplicación
Índice de la presentación
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Objetivos del proyecto HOREFObjetivos del proyecto HOREF
Cargas no lineales de gran potencia
Hornos de arco de cc y de ca
Comportamiento fluctuante de los hornos
Característica fluctuante del arco eléctrico
Movimiento de la chatarra en la cuba
Conectadas a la red de transporte
Disponer de una herramienta para:
Modelar el comportamiento fluctuante de los hornos
Propagar los interarmónicos de intensidad inyectados por los hornos
Determinar la severidad de flicker (Pst) en los nudos de la red de
transporte
Objetivos del proyecto HOREF
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Funcionamiento de los hornos de arco de cc y caFuncionamiento de los hornos de arco de cc y ca
Horno de arco de ca("arc furnace." Online Art. Britannica
Student Encyclopædia.
http://student.britannica.com/eb/art-
1531).
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Modelado de hornos de ccModelado de hornos de cc
Esquema de la instalación
Xd
S1T1
30 kV/0,674 kV
Xd
S2
I
P
Controlador
-
+
Idesp
Filtro
GF
1+sTF
+alpha order
0 + r(t)
Xd
udr(t)+-
Ud
S3
Xd
S4
id(t) = Id + idr(t)
T2
T3
T4
Es
Filtro
Y
Y
Zs
P
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Modelado de hornos de ccModelado de hornos de cc
Controlador de corriente
Alpha order depende del error de corriente
En los pasos por cero t0i arranca una rampa
Cuando alcanza alpha order se dispara el tiristor i
El rizado de id(t) modifica los instantes de disparo
0
1t1t01
alpha order
( 2)
r( 1)
1t0211t0k
r( k)
2 k
0 + r( 1)
0 + r( 2)
0 + r( k)( 1t)
45º 45º 45º
I
P
Controlador
-
+
Idesp
Filtro
GF
1+sTF+
alpha order
0 + r(t)id(t) = Id + idr(t)
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Modelado de hornos de ccModelado de hornos de cc
Obtener el punto de funcionamiento en régimen permanente
Determinar tensiones de modulación del arco
Datos de medidas
Valores patrón
Perturbar el punto de funcionamiento con las tensiones de
modulación del arco para conocer el comportamiento fluctuante
Modelo directo de rectificador
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Modelado de hornos de ccModelado de hornos de cc
Acoplamiento entre interarmónicos
I1+m = Y11 E1+m + Y12 E1-m* + Y13 Edm
I1-m* = Y21 E1+m + Y22 E1-m
* + Y23 Edm
I1+m e I1-m son las intensidades inyectadas por el horno
E1+m y E1-m son las tensiones en el nudo del horno
Edm es la modulación de la tensión de arco
m = 0,1 (5 Hz) produce interarmónicos de órdenes 1-m = 0,9 (45 Hz)
y 1+m = 1,1 (55 Hz)
Las admitancias dependen de
Los parámetros de los rectificadores
El punto de funcionamiento del horno ( 0)
El controlador de corriente de los rectificadores
Propiedades del modelo directo
Publicación: J. G.ª Mayordomo y R. Asensi, “A Frequency Domain Approach for Modeling DC Arc
Furnaces under Fluctuating Conditions,” IEEE Trans. On Power Delivery, Vol. 22, No. 3, Julio 2007
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Modelado de hornos de caModelado de hornos de ca
Esquema de la instalación de horno de arco
RedAT
Arco
AT/MT jXe
1:aUmt
Imtt:1
U1BT
MT/BT
Equivalente eléctrico en barras del arco
n o
eaa1
a2
a a'ia
ecc1
c2
c c'ic
ebb b'ib
b1
b2
X
X
X
Uda+
Uda-
Udb+
Udb-
Udc+
Udc-
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Modelado de hornos de caModelado de hornos de ca
Fluctuación de la tensión de arco
Acoplamiento entre magnitudes de
órdenes mn, 1-mn y 1+mn
-0.01 -0.005 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03
-1
0
1
-0.01 -0.005 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03
-1
0
1
-0.01 -0.005 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03
-1
0
1
Ud
Uda
Ud
Udb
Ud
Udc
i = 0 i = 1
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Cálculo del parpadeo Cálculo del parpadeo (flicker)(flicker)
Medidor de flicker de la norma IEC 61000-4-15
Características:
Evalúa la fluctuación de tensión sobre una lámpara incandescente de
230 V, 60 W
La tensión se normaliza en el bloque 1. Método válido para otros
niveles de tensión
Efectos sobre el ojo humano. El bloque 3 penaliza frecuencias
próximas a 8,8 Hz
Tratamiento estadístico
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Propagación de interarmónicos y Propagación de interarmónicos y flickerflicker
Modelos de cargas no lineales con comportamiento fluctuante
Modelos de elementos de red en régimen fluctuante
Transformadores
Filtros
Análisis nodal para obtener los interarmónicos de tensión en
los nudos de la red
Propagación de interarmónicos y flicker
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Ejemplos de aplicaciónEjemplos de aplicación
Horno de arco de cc
fm
(Hz)
Caso A Caso B
Edm (p.u.) Edm (º) Edm (p.u.) Edm (º)
5 0,1268 -176,56 0,1241 161,31
10 0,0135 -129,18 0,0718 174,05
15 0,0102 163,96 0,0473 167,09
20 0,0106 -176,43 0,0260 -176,21
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
30 Hz 35 Hz 40 Hz 45 Hz 55 Hz 60 Hz 65 Hz 70 Hz
PSCAD
Método directo
Medida
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
30 Hz 35 Hz 40 Hz 45 Hz 55 Hz 60 Hz 65 Hz 70 Hz
PSCAD
Método directo
Medida
Caso A Caso B
Modulación de la tensión de arco
Intensidades interarmónicas (p.u.)
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Ejemplos de aplicaciónEjemplos de aplicación
Horno de arco de ca
Modulación(Hz, sec)
Mód. (p.u.) Arg. (º)
M5,d 0,14045 179,919
M5,i 0,02180 -143,018
M95,i 0,09309 -44,356
Modulaciones que permiten
reproducir las corrientes de 45 y
55 Hz de secuencias directa e inversa
-50
0
50
100
150
200
250
45 Hz,d 45 Hz,i 55 Hz,d 55 Hz,i
Modelo Medida
Arg. (º)
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
45 Hz,d 45 Hz,i 55 Hz,d 55 Hz,i
Modelo Medida
Mód. (p.u.)
Interarmónicos de la intensidad de secuencias directa e inversa
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Ejemplos de aplicaciónEjemplos de aplicación
Horno de arco de cc en red de gran tamaño
Pst en barras de 30 kV
0,000
0,400
0,800
1,200
1,600
2,000
2,400
2,800
208 222 237 249 262 276 292 312 326 339 352 421 537 4213
Pst
Pst en barras de 220 kV
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
0,300
1202 4052 4232 5192 7032 9012 9232 10062 11142 12062 14062 16032 16252
Pst
Horno (MT)
Horno (AT)
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Ejemplos de aplicaciónEjemplos de aplicación
Horno de arco de cc en red de gran tamaño
U0,9 (p.u.) en barras de 220 kV
U0,9 (p.u.) en barras de 30 kV
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
208 222 237 249 262 276 292 312 326 339 352 421 537 4213
Módulo
[%
]
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
1202 4052 4232 5192 7032 9012 9232 10062 11142 12062 14062 16032 16252
Módulo
[%
]Horno (MT)
Horno (AT)