Estudio comparativo entre el control en el marco de referencia αβ y el control predictivo basado en el modelo dinámico del sistema para un filtro activo en paralelo

Abstract

[CASTELLÀ] El uso de elementos electrónicos en las aplicaciones industriales está en constante crecimiento debido a las ventajas que éstos presentan en términos del control del comportamiento de sistemas. Dicho esto, el incremento de cargas no lineales ha sido inevitable, repercutiendo directamente en el aumento de las distorsiones de corriente y voltaje presentes en la redes de distribución, provocando pérdidas significativas, empeorando el factor de potencia, y, en últimas, reduciendo la calidad de la energía eléctrica. Con el ánimo de solventar este tipo de inconvenientes, se han implementado diversos métodos que compensen el impacto de las cargas no lineales pero se ha encontrado que su comportamiento puede llegar a acarrear problemas adicionales. Un ejemplo de esto son los arreglos de condensadores y los conocidos filtros pasivos. Sin embargo, la implementación de filtros activos, han tenido una gran acogida en losúltimos años debido a que sus características dinámicas permiten la adaptación a las necesidades del sistema a compensar. Es por esto que el desarrollo de controladores que permitan dominar el comportamiento de los filtros activos se ha convertido en una necesidad inherente al crecimiento industrial, y actualmente existen una gran diversidad de métodos que pueden ser implementados para ello. A lo largo de este Trabajo de Fin de Máster (TFM) se desarrollan las simulaciones de dos tipos de control para un sistema que cuenta con un filtro activo en paralelo (SAPF) a una carga no lineal: el Control en el marco de referencia y el Control Predictivo basado en el Modelo del sistema (MPC). Estos son comparados con la intención de definir cuál genera mejores resultados en cuanto a la calidad de energía, prestando especial atención a la tasa de distorsión armónica (THD) obtenida, para el esquema simulado de un banco de pruebas experimentales desarrollado por el grupo de investigación SEPIC de la UPC. Los resultados obtenidos permiten concluir que, aunque los dos tipos de controladores presentados compensan el contenido armónico introducido por la carga no lineal del sistema cumpliendo con la normativa asociada a sistemas que requieren potencia, solamente el MPC lo realiza de una manera precisa, lo cual esta asociado a que al tener una función de coste que integra tanto las variables como las restricciones que deben ser tenidas en cuenta, realiza de forma autónoma los cálculos que optimizan el comportamiento del SAPF para el objetivo planteado.

[ANGLÈS] The use of electronic equipment in industrial applications is constantly growing due to the advantages that are inherent to these elements in terms of controlling the behavior of the systems. That said, the increase of non-linear loads has been inevitable, directly increasing the distortion of the current and the voltage from the distribution network, causing significant losses, worsening the power factor, and, ultimately, reducing the quality of the electric power. In order to solve this type of inconvenience, several methods have been implemented to compensate the impact of non-linear loads, but it has been found that their behavior can lead to additional problems. An example of this are the capacitor arrays and the commonly known passive filters. However, the implementation of active filters have been very well received in recent years because of the characteristics of its dynamic that allows the adaptation to the needs of the system to be compensated. That is why the development of controllers that allow to dominate the behavior of active filters has become an inherent necessity for industrial growth, and nowadays there is a great diversity of control methods that can be implemented for it. Throughout this Final Master’s Project (TFM) the simulations of two types of control are developed for a system that has an active filter in parallel (SAPF) to a non-linear load: the Control in the reference frame and the Model Predictive Control (MPC). These are compared with the intention to define which one generates the best results in terms of the energy quality, paying special attention to the harmonic distortion rate (THD), of the simulated scheme of an experimental test bench developed by the SEPIC research group of the UPC. par The results obtained allow us to conclude that, although the two types of controllers presented compensate the harmonic content introduced by the non-linear load of the system complying with the regulations associated with systems that require power, , only the MPC does it in an accurate way, which is associated with the fact that having a cost function that integrates both the variables and the restrictions that must be taken into account, gives the controller the autonomy to independently perform the calculations that optimize the behavior of the SAPF for the proposed objective.