Transformador electrónico de potencia con técnica PLL adaptable para soportar perturbaciones de voltaje
En este artículo se propone un nuevo PET para una red de distribución denominado unidad de distribución de potencia flexible, y se revela el mecanismo de intercambio de energía entre la red y la carga. Se desarrolla y demuestra un prototipo aislado de frecuencia media de 30 kW 600 VAC/220 VAC/110 VDC. Este artículo también presenta estrategias de control clave del PET para aplicaciones en redes de distribución eléctrica, especialmente bajo condiciones de perturbación de tensión de la red. Además, se discuten y verifican con un análisis basado en impedancia los problemas de estabilidad relacionados con el PET trifásico conectado a la red. El prototipo del PET se prueba y supera la función de paso a través de perturbaciones de tensión.
1.Introducción.
Un transformador de distribución es el equipo más importante y común en una red de distribución de energía, responsable de la transformación y aislamiento de la tensión. Un transformador de distribución tradicional es muy confiable; sin embargo, es voluminoso y pesado. Los armónicos entre los lados primario y secundario no pueden ser aislados, y se necesita equipo adicional para monitorear y proteger contra posibles problemas de falla. En la actualidad, estas desventajas son verdaderas preocupaciones en la academia y la industria. Por lo tanto, los transformadores basados en electrónica de potencia, llamados transformadores electrónicos, transformadores universales inteligentes, transformadores de estado sólido, transformadores inteligentes, enrutadores de energía y otros, han ido ganando importancia como tema emergente en los últimos 10 años, especialmente para aplicaciones aeroespaciales, tracción ferroviaria, redes inteligentes y Energía Internet. Su uso inicial puede ser en aplicaciones especiales donde el costo y la eficiencia son secundarios al tamaño y peso.
2.Estructura y Especificaciones del PET.
Se adopta un método de control en bucle abierto de frecuencia de conmutación fija para el convertidor DC/DC aislado de frecuencia media con múltiples devanados. Se le conoce como transformador DC y proporciona una tensión de salida no regulada. Al reducir los requisitos de regulación y limitar los rangos de tensión de entrada, el transformador DC puede lograr una mayor eficiencia y potencia de salida que el transformador regulado estándar, incluso si se elimina el filtro de corriente. Los inversores trifásicos están compuestos por tres inversores modulares H4 de puente completo monofásico idénticos, que tienen una excelente capacidad de corrección de carga desequilibrada interna, o se deben agregar métodos de control adicionales al inversor trifásico. La tensión de salida AC se regula con controladores de doble bucle, donde el bucle externo se configura para regular el valor RMS de la tensión, mientras que el bucle interno regula el valor instantáneo de la tensión. Además, una estrategia de control SPWM bipolar ayuda a soportar la potencia reactiva.
3.Estrategias Clave para el PET para el Paso a Través de Perturbaciones de Tensión.
Para un PET operado con una perturbación de tensión de la red, la observabilidad y controlabilidad son esenciales. La detección precisa y rápida de la frecuencia y el ángulo de fase de la tensión de la red es esencial para garantizar la generación correcta de las señales de referencia y para cumplir con los códigos de utilidad, especialmente para aquellos operados bajo distorsiones comunes de la utilidad como armónicos, caídas de tensión, variaciones de frecuencia y saltos de fase[21]. El cambio dinámico de la tensión de la red debe considerarse para cuestiones de control rápido. Por lo tanto, se han investigado dos estrategias clave para el PET y se presentan por separado en esta sección, incluyendo los métodos de diseño de lazo de bloqueo de fase (PLL), principios de control y modelo de señal pequeña del rectificador PWM trifásico. También se discuten los problemas de estabilidad relacionados con el PET trifásico conectado a la red.
4.Conclusión.
En este artículo se propone un nuevo PET para una red de distribución denominado unidad de distribución de potencia flexible. La aislación DC/DC para los inversores trifásicos se implementa mediante un transformador compacto de múltiples devanados, lo que reduce la complejidad del sistema. Centrándose en los problemas de los códigos de red del PET, como el paso a través de perturbaciones de tensión y la resonancia armónica, que no se habían enfrentado anteriormente, este manuscrito presenta en detalle los métodos clave de diseño de PLL bajo condiciones de red distorsionadas, los principios de control, el modelo de señal pequeña y la admitancia de entrada del rectificador PWM trifásico. Esto ayuda a entender la resonancia armónica en sistemas de potencia basados en electrónica de potencia utilizando un PET.
Fuente: IEEE Xplore
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