Comportamiento del SVC Convencional
En este análisis se adjuntan las principales gráficas del circuito del SVC Convencional como lo son la tensión y la corriente en “Co” y en “Lo”, la corriente
total inyectada por el compensador al sistema de distribución y las pérdidas de potencia que se generan en los tiristores que componen a este.
La Fig. 5-1 indica como varía la corriente que inyecta el SVC a cada fase del SD según los requerimientos de la carga, es por esta razón que es similar a la curva de variación de potencia (Fig. 3-3). Esta gráfica muestra la variación de corriente RMS, y se puede observar que toma el valor máximo cuando más potencia demanda el sistema, este hecho se puede corroborar con la Fig. 5-3 o la Fig. 5-4, la primera expone como la corriente que circula a través del inductor del TCR, que es conectado entre las fases C y A, es prácticamente cero cuando más reactivos se necesitan inyectar y la segunda muestra la misma variación pero en valor RMS para los tres inductores. También puede verse en la Fig. 5-1 como la fase A es la que más compensación requiere cuando se conecta al
sistema de distribución la carga monofásica. La Fig. 5-2 muestra la forma de onda de estas corrientes desde los 9.98 s hasta los 10.02 s y tiene por objetivo visualizar la contaminación armónica que está siendo inyectada a la red.
Fig. 5-1: Corriente RMS inyectada por el SVC Convencional a cada fase del SD
Fig. 5-2: Corriente inyectada por el SVC Convencional a cada fase del SD
Fig. 5-4: Corriente RMS que circula a través de LoAB, LoBC y LoCA
En las Fig. 5-5 y 5-6 se muestran las tensiones que caen tanto en el condensador como en el inductor del SVC conectado entre las fases A y B, puede comprobarse que está conectado en delta ya que la tensión máxima que
cae en Co es de . Obviamente esta señal tiene el mismo
formato de onda que la tensión de la Fig. 4-20, solo que con otra amplitud y otro desfase -teóricamente +30° con respecto a la fase C-. La tensión que cae en el inductor no alcanza a llegar a la misma amplitud debido a que cuando los tiristores dejan de conducir corriente, la tensión entre fase cae en ellos.
Por intermedio de la Fig. 5-6 y 5-8 puede comprobarse que cuando los tiristores dejan de conducir corriente, la tensión que cae en el inductor es nula.
Fig. 5-6: Tensión que cae en LoAB
Las Fig. 5-7 y 5-8 muestran las corrientes que circulan a través del condensador y del inductor del SVC conectado entre las fases A y B, durante un período de tiempo en que el THDI es de aproximadamente un 15% para todas
las fases. Puede observarse la deformación de la onda de corriente que circula a través de CoAB por efecto del disparo de los tiristores, también en estas figuras
puede concluirse que en este intervalo de funcionamiento la compensación es principalmente capacitiva, ya que el “peak” de esta corriente es de aproximadamente 50 A, en cambio el “peak” de corriente inductiva es de 10 A.
Fig. 5-7: Corriente que circula a través de CoAB
La Fig. 5-9 indica como varía la pérdida de potencia activa en los tiristores que componen cada una de las tres celdas que forman al SVC Convencional. Cabe destacar que se tomó un valor de resistencia de conducción de los tiristores igual a 1 m , ver bibliografía [10]. Cada brazo de los TCR ocupa 15 tiristores, por lo tanto, cada celda tiene 30 de estos dispositivos. Finalmente, la Fig. 5-10 muestra las pérdidas totales de potencia activa del SVC Convencional, esta se compone de la sumatoria de las pérdidas de cada TCR. Para una medición más fina de esta potencia deberían tomarse en cuenta las resistencias parasitas de los condensadores e inductores que componen al compensador.
Fig. 5-9: Pérdidas de potencia activa en cada TCR del SVC Convencional
Fig. 5-10: Pérdida Total de Potencia Activa del SVC Convencional
5.2.2 Comportamiento del SVC-ITCR
La Fig. 5-11 muestra como varía la corriente RMS inyectada por el SVC- ITCR puede observarse que el formato de onda de estas señales es similar al de la Fig. 5-1. La Fig. 5-12 sirve para comprobar que este dispositivo inyecta menos
armónicos a la red en comparación con el SVC Convencional. En desmedro de esta ventaja, las Figs. 5-13 y 5-14 indican que por el Reactor Controlado a Tiristor Modificado circula una mayor corriente que por el TCR del compensador analizado en la sub-sección anterior, razón por la cual aumentan las pérdidas de potencia activa del dispositivo tal como exponen las Figs. 5-21 y 5-22.
Fig. 5-11: Corriente RMS inyectada por el SVC-ITCR a cada fase del SD
Fig. 5-12: Corriente inyectada por el SVC-ITCR a cada fase del SD
Fig. 5-14: Corriente RMS que circula a través de LoAB, LoBC y LoCA
La Fig. 5-15 muestra la tensión que cae en el condensador del SVC-ITCR, la comparación de esta con la Fig. 5-6 sirve para comprobar que el dispositivo en análisis inyecta una menor cantidad de armónicos. En las Figs. 5-16 y 5-17 se observa el formato de onda de la tensión que cae sobre los inductores del dispositivo, para los momentos en que conduce solo un tiristor (ver Fig. 5-21) la tensión que cae en el inductor serie a este dispositivo es la misma que cae sobre el condensador del compensador y cuando el semiconductor no conduce corriente tanto el inductor serie a este como el condensador recién mencionado y el condensador del circuito “snubber” entran en resonancia, es por esto que se ven “manchones” de color negro en las figuras. Para clarificar y comprobar este hecho se adjuntan las Figs. 5-18 y 5-19; en las imágenes 5-16 y 5-17 puede observarse también una sobretensión cuando los tiristores son disparados.
Fig. 5-16: Tensión que cae en Lo1AB
Fig. 5-17: Tensión que cae en Lo2AB
La Fig. 5-18 muestra, con color rojo, el circuito resonante. El valor de Csnub
es de 100 pF y de la sección 3.3 se sabe que el condensador Co tiene una
capacitancia de 12 µF y que el reactor posee una inductancia de 1.686 H, por lo tanto se tiene que la capacitancia equivalente es de:
(5.1)
Luego, la frecuencia de resonancia es:
(5-2)
La Fig. 5.19 muestra un acercamiento de la Fig. 5.16, es decir, de la tensión que cae en el inductor. Puede observarse que la frecuencia es de aproximadamente 12000 Hz al igual que la calculada.
La Fig. 5-20 expone la corriente que circula a través del condensador, al comparar esta con la Fig. 5-7 se obtiene una prueba más de que el SVC-ITCR inyecta una cantidad menor de armónicos con respecto al SVC Convencional. La Fig. 5-21 muestra las corrientes que circulan a través de cada inductor del ITCR y la Fig. 5-22 gráfica la suma de estas corrientes, puede observarse la notaria diferencia que existe con respecto a la corriente que circula por el TCR, ya que el formato de esta es más sinusoidal razón por la cual el dispositivo en análisis posee una menor contaminación armónica.
Fig. 5-19: Tensión que cae en Lo1AB
Fig. 5-21: Corriente que circula a través de Lo1 y Lo2
Fig. 5-22: Corriente que circula a través del ITCR
La Fig. 5-23 indica como varía la pérdida de potencia activa en los tiristores que componen cada una de las tres celdas que forman al SVC-ITCR. Cabe destacar que se tomó un valor de resistencia de conducción de los tiristores igual a 1 m , ver bibliografía [10], como se menciono anteriormente una de las desventajas de este dispositivo con respecto al Convencional es la mayor cantidad de pérdidas de potencia activa que se produce en los tiristores. Al comparar la Fig. 5-24 con la Fig. 5-10 se comprueba el hecho recién mencionado, se observan puntos de operación donde las pérdidas llegan a ser hasta 10 veces mayor que las generadas en el SVC Convencional.
Fig. 5-24: Pérdida Total de Potencia Activa del SVC ITCR 5.2.3 Comportamiento del SVC-CAF
La Fig. 5-25 indica como varía la corriente RMS inyectada por el SVC según los requerimientos de la carga, se puede observar que toma el valor máximo cuando más potencia demanda el sistema (ver Fig. 3-3). Este hecho se corrobora con la Fig. 5-27 que expone como la corriente que circula a través del inductor es prácticamente cero cuando más reactivos se necesitan inyectar. Por medio de la Fig. 5-26 se comprueba la mínima inyección de armónicos que presenta este tipo de compensador.
Fig. 5-25: Corriente RMS inyectada por el SVC-CAF a cada fase del SD
Fig. 5-27: Corriente que circula a través de LoAmódulo1
En las Fig. 5-28 y 5-29 se muestran las corrientes que circulan por los interruptores S1A y S1B, y S2A y S2B respectivamente. Nótese que para máxima compensación capacitiva por S2A y S2B no circula corriente, puesto que, está debe fluir solo a través del condensador “CO”. Sin embargo, por S1A si
existe una pequeña circulación de corriente la cual se debe a la carga y descarga del inductor “LO”.
Fig. 5-28: Corriente que circula a través de S1A y S1B
La Fig. 5-30 muestra la tensión que cae en el condensador del primer módulo de la fase A del SVC-CAF, puede observarse como en este cae un tercio de la tensión entre fases a diferencia de lo visto en las Figs. 5-5 y 5-15. La Fig. 5- 31 expone el formato de onda de la tensión que cae sobre el inductor del primer módulo del dispositivo conectado a la fase A del SD, nótese como a diferencia de los dos casos analizados anteriormente, esta tensión es más parecida a una sinusoide; si los interruptores fueran conmutados a una frecuencia mayor esta señal sería aún más sinusoidal, y por ende, el compensador podría inyectaría una cantidad aún menor de armónicos a la red.
Fig. 5-30: Tensión que cae en CoAmódulo1
Fig. 5-31: Tensión que cae en LoAmódulo1
La Fig. 5-32 muestra la corriente que circula a través del condensador, nuevamente se puede comentar que al conmutar los interruptores con una razón de trabajo mayor esta señal podría ser más sinusoidal. La Fig. 5-33 expone la corriente que circulan a través del inductor del primer módulo de la fase A del
SVC-CAF, puede observarse la notaria diferencia que existe con respecto a las corrientes que circula por el TCR y por el ITCR, ya que el formato de esta tiende a ser una sinusoide razón por la cual el dispositivo en análisis posee una menor contaminación armónica.
Cabe destacar que para este tipo de compensador no se realizó un análisis de pérdidas de potencia activa en los interruptores, debido a que este cálculo requiere de una gran cantidad de recursos computacionales. Estos no estaban a disposición del alumno al realizar este trabajo de titulación.
Fig. 5-32: Corriente que circula a través de CoAmódulo1
Fig. 5-33: Corriente que circula a través de LoAmódulo1
5.3 COMPORTAMIENTO DE LOS SVC’S BAJO CONEXIÓN DE CARGAS