Controlador Adaptativo Robusto por Modelo de Referencia en Eje Cero Aplicado al Control de Desbalance de Tensiones de Fase en Generadores de Inducción Autoexcitados Aislados.

Abstract

En el presente trabajo se implementó un sistema de regulación de tensión y frecuencia para un emprendimiento de microgeneración de energía eléctrica utilizando un generador a inducción en forma aislada o no conectado a una red comercial de distribución. La selección del generador de inducción se debe a que para bajas potencias presenta ventajas comparado a un generador síncrono de la misma potencia. El sistema de microgeneración estudiado cuenta con un motor primario que simula ser una turbina no controlada y que entrega potencia relativamente constante, acoplado al generador, banco de capacitores de excitación, el DSTATCOM y las cargas de consumo. El desarrollo consistió en generar los lazos de control adecuados para un dispositivo de compensación de potencia reactiva, conocido como DSTATCOM, que es el arreglo que realiza la compensación de tensión y frecuencia mediante el manejo de flujo de potencia reactiva y activa respectivamente. Dichos lazos de control fueron implementados en un procesador digital de señales, en coordenadas dq0 síncronas, lo que permite usar compensadores PI clásicos de ganancia fija, para el control de las variables de interés, salvo para el caso de la regulación del desbalance de las tensiones de fase donde se utilizó un controlador adaptativo por modelo de referencia (RMRAC), con el objetivo de comprobar si es factible su utilización. La presente tesis de maestría tiene como objetivo presentar el diseño de un controlador robusto adaptativo por modelo de referencia usado en la malla de tensión del eje cero del referencial síncrono rotativo para efectuar el control de desbalance de tensiones de fase, como así también compensación de armónicos de corriente. Los resultados simulados y experimentales obtenidos demuestran la factibilidad de la idea para la compensación de desbalance de tensiones. Pero sobre todo, se abre camino para continuar con el estudio y mejora de este proyecto.

Neste trabalho de mestrado implementou-se um sistema de regulação de tensão e frequência para um empreendimento de microgeração de energia elétrica mediante o uso de um gerador a indução operando de forma isolada ou não conectado à rede de distribuição comercial. A escolha do gerador a indução deve-se ao fato que para potências baixas apresenta vantagens em relação a um gerador síncrono da mesma potência. O sistema de microgeração estudado conta com um motor primário para simular uma turbina não controlada e que fornece potência relativamente constante, acoplado ao gerador, banco de capacitores de excitação, o DSTATCOM e as cargas de consumo. O trabalho consistiu em gerar as malhas de controle adequadas para o dispositivo de compensação de potência reativa, conhecido como DSTATCOM, que é o arranjo que realiza a compensação de tensão e frequência através do controle dos fluxos de potência reativa e ativa respetivamente. As malhas de controle foram implementadas num processador digital de sinais, em coordenadas giratórias dq0, que permite o uso de compensadores PI clássicos de ganhos fixos para o controle das variáveis de interesse, exceto para o caso da regulação de desbalanço de tensões de fase onde foi utilizado um Controlador Adaptativo Robusto por Modelo de Referência (RMRAC), a fim de comprovar se a sua utilização é factível. Esta dissertação tem como objetivo apresentar o projeto de um controlador RMRAC usado na malha de tensão do eixo zero do referencial giratório síncrono para efetuar o controle de desequilibrio de tensões de fase, bem como a compensação de harmônicos de corrente. Resultados de simulação e experimentais comprovam a viabilidade da ideia para fazer a compensação de desequilíbrio de tensões de fase.

In this work, a voltage and frequency regulation system was implemented for a micro hidropower generation plant using an induction generator operating in standalone mode or not connected to a commercial energy distribution network. The selection of the induction generator is since for low powers it presents advantages compared to a synchronous generator of the same power. The studied micro-generation system has a primary engine that simulates an uncontrolled turbine and delivers relatively constant power, coupled to the generator, bank of excitation capacitors, the DSTATCOM and the consumption loads. The development consisted in generating the appropriate control loops for a reactive power compensation device, known as DSTATCOM, which is the arrangement that performs the voltage and frequency compensation by handling the flow of reactive and active power respectively. These control loops were implemented in a digital signal processor, in synchronous dq0 coordinates, which allows the use of classic fixed-gain PI compensators, for the control of the variables of interest, except for the case of phase voltage unbalance regulation where an Reference Model Robust Adaptive Controller (RMRAC) was used, in order to check if its use is feasible. This work aims to present the design of a RMRAC used in the zero axis voltage loop of the rotating synchronous reference frame to perform the control of phase voltage unbalance, as well as current harmonic compensation. Simulated and experimental results obtained demonstrate the feasibility of the idea for voltage unbalance compensation. But above all, it opens the way to continue with the study and improvement of this project.