ES2234416A1

ES2234416A1 - Control system for controlling power of active power filter, has sensors estimating value of energy stored in direct current bus, where estimated value is compared with fundamental reference value of controller

Info

Publication number: ES2234416A1
Application number: ES200302531A
Authority: ES
Inventors: Pedro Rodriguez Cortes; Rafael Pindado Rico; Ignacio Candela Garcia; Josep Pou I Felix; Joan Montanya Puig
Original assignee: Universitat Politecnica de Catalunya UPC
Current assignee: Universitat Politecnica de Catalunya UPC
Priority date: 2003-10-17
Filing date: 2003-10-17
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2023-10-17
Also published as: ES2234416B1

Abstract

The system has sensors estimating value of energy stored in a direct current (DC) bus, where the estimated value is compared with a fundamental reference value of a controller.

Description

Controlador energético para un filtro activo de potencia en derivación.Energy controller for an active filter of bypass power.

Field of the invention

La presente invención está relacionada, de forma general, con los filtros activos de potencia en derivación, y de forma más particular, con una estrategia de control basada en la regulación del estado energético de éstos.The present invention is related, in a way general, with the active filters of bypass power, and of more particularly, with a control strategy based on the regulation of their energy status.

Description of the current state of the art

Un filtro activo de potencia en derivación consiste es un dispositivo destinado a inyectar en la red eléctrica un conjunto de corrientes con el objetivo de compensar las distorsiones y/o desequilibrios que presentan las corrientes absorbidas por cargas no lineales y/o desequilibradas. De esta manera, se consigue que la alimentación de las citadas cargas se produzca bajo unas condiciones óptimas para los diferentes equipos que intervienen en los sistemas de generación, transporte y distribución de la energía eléctrica.An active bypass power filter consists is a device intended to inject into the power grid a set of currents with the objective of compensating the distortions and / or imbalances that the currents present absorbed by non-linear and / or unbalanced loads. This way, it is possible that the feeding of the mentioned loads is produce under optimal conditions for different equipment involved in the generation, transportation and Distribution of electrical energy.

Los controladores convencionales de filtros activos de potencia poseen un lazo principal de control que calcula las corrientes que deben ser inyectadas en la red a partir de la determinación de las condiciones de la carga, es decir: la corriente de carga es procesada, mediante el lazo principal de control, para extraer aquellas componentes distorsionantes y/o desequilibrantes de la misma que deben ser aportadas por el filtro activo de potencia (control directo). Una variante de este método consiste en procesar, mediante el lazo principal de control, las corrientes del lado de fuente, y así establecer las corrientes de referencia del filtro activo para conseguir que las mencionadas corrientes en el lado de fuente sean óptimas (control realimentado). Las técnicas utilizadas para el procesado de estas corrientes por parte del lazo principal de control se basan en procedimientos temporales o frecuenciales. Dentro de los procedimientos temporales se pueden citar la determinación de las potencias instantáneas de la carga o de la fuente, o la expresión de las corrientes de la carga o de la fuente en base a sistemas de referencia síncronos. Dentro de los procedimientos frecuenciales se incluyen todas aquellas técnicas destinadas a la caracterización armónica de las corrientes. En la mayoría de los casos, para que el controlador pueda procesar las corrientes de carga o de fuente, es necesario el sensado de las tensiones la red eléctrica. Con independencia del sistema utilizado, todas estas técnicas de procesado de corriente llevan asociado gasto computacional considerable.Conventional filter controllers power assets have a main control loop that calculates the currents that must be injected into the network from the determination of the load conditions, that is: the charging current is processed, through the main loop of control, to extract those distorting components and / or imbalances of the same that must be provided by the filter active power (direct control). A variant of this method it consists of processing, through the main control loop, the source side currents, and thus set the currents of active filter reference to get those mentioned currents at the source side are optimal (control feedback). The techniques used to process these currents by the main control loop are based on temporary or frequency procedures. Within Temporary procedures can be cited the determination of instantaneous powers of the load or source, or expression of load or source currents based on systems of synchronous reference. Within the frequency procedures are include all those techniques intended for characterization harmonic of the currents. In most cases, so that the controller can process load or source currents, it is necessary the sensing of the tensions the mains. With independence of the system used, all these techniques of current processing carry associated computing expense considerable.

Para que un filtro activo de potencia actúe adecuadamente es necesario que el valor de la tensión de su bus de continua del convertidor estático del filtro activo se encuentre dentro de un margen operativo. Por este motivo, todos los controladores convencionales incluyen un segundo lazo de control destinado a mantener la tensión del bus de continua del convertidor estático próximo a un valor de tensión establecido como referencia. Este segundo lazo de control mide el error existente entre la tensión actual del bus de continua del convertidor estático y el valor de referencia, y a partir de esta información modifica las referencias de corriente calculadas por el lazo principal de control a modo que el filtro activo absorba o entregue la potencia activa necesaria para minimizar dicho error. Teniendo en cuenta que la variación de tensión en el bus de continua del convertidor estático no guarda una relación lineal con la potencia absorbida o entregada por el filtro activo, resulta sumamente complicado prever la respuesta dinámica de la tensión del bus de continua del convertidor estático cuando los distintos lazos de control están actuando. Por este motivo, el dimensionamiento de dicho bus de continua del convertidor estático se establece en función de condiciones de régimen permanente afectadas por distintos coeficientes de seguridad.For an active power filter to act properly it is necessary that the voltage value of your bus from Continuous static converter active filter is found within an operating margin. For this reason, all Conventional controllers include a second control loop intended to maintain the voltage of the converter continuous bus static close to a voltage value set as a reference. This second control loop measures the error between the current voltage of the static converter DC bus and the reference value, and from this information modifies the current references calculated by the main control loop so that the active filter absorbs or delivers the active power necessary to minimize such error. Given that the voltage variation in the DC bus of the static converter does not keep a linear relationship with the absorbed or delivered power because of the active filter, it is very difficult to foresee the Dynamic response of the DC bus voltage of the converter static when the different control loops are acting. By this reason, the dimensioning of said continuous bus of the Static converter is set based on conditions of permanent regime affected by different coefficients of security.

A pesar de la utilización de los citados coeficientes de seguridad, el desconocimiento exacto de la evolución de la tensión del bus de continua del convertidor estático ocasiona que, ante situaciones comunes de brusca variación en la carga a ser acondicionada, la tensión de dicho bus rebase los márgenes operativos de referencia, dando lugar a la actuación de sistemas adicionales de seguridad que anulen completamente la acción acondicionadora del filtro activo e incluso lleguen a desconectar físicamente al mismo de la red.Despite the use of the aforementioned safety coefficients, the exact ignorance of the converter bus voltage evolution static causes that, faced with common situations of abrupt variation in the load to be conditioned, the voltage of said bus exceeds reference operating margins, leading to the performance of additional security systems that completely nullify the active filter conditioning action and even reach physically disconnect it from the network.

Description of the invention

En un filtro activo de potencia sería ventajoso disponer de un sistema de control que calculase, con un bajo coste computacional, las corrientes que deben ser inyectadas en la red eléctrica con objeto de acondicionar las corrientes de la carga, y que además, permitiese prever y asegurar las condiciones operativas del filtro activo ante bruscas variaciones en dicha carga.In an active power filter it would be advantageous have a control system that calculates, with a low cost computational, the currents that must be injected into the network electric in order to condition the load currents, and which also allowed to anticipate and ensure the operating conditions of the active filter in case of sudden variations in said load.

Atendiendo a la materialización de la invención, el método de control consiste en un lazo de control basado en el cálculo de la variación de energía, no de la tensión, en el bus de continua del convertidor estático del filtro activo de potencia. Según esto, un controlador energético para un filtro activo de potencia dispone de los sensores de tensión y/o corriente necesarios en el bus de continua para que, a partir de esta información de tensión y/o corriente y conociendo en su caso el valor de los elementos reactivos conectados en dicho bus, se estime el valor de la energía almacenada en el mismo. La variable fundamental del controlador energético aquí presentado es la variación de la energía en el bus de continua del convertidor estático. Para el cálculo de esta variación de energía en el bus de continua se utiliza un restador que determina la diferencia entre la salida del estimador de la energía en el bus de continua y un valor de energía, o equivalente, aportado como referencia. El error energético resultante del restador anteriormente mencionado constituye la variable de entrada al controlador de la variación de energía en el bus de continua del convertidor estático. La variable de salida del controlador de la variación de energía del bus de continua es el valor medio de la potencia activa instantánea que debería ser desarrollada por la fuente para compensar cualquier posible variación en el valor medio de la energía almacenada en el bus de continua del convertidor estático. Este controlador de la variación de energía en el bus de continua del convertidor estático puede estar basado en cualquier teoría de control, lineal o no lineal, para sistemas de entrada única y salida única, y su objetivo fundamental es conseguir que el valor medio del error energético en su entrada sea nulo. La variable de salida del controlador de la variación energía del bus de continua del convertidor estático constituye la primera entrada de señal al calculador de las corrientes que deberán circular en el lado de fuente. La otra entrada de este calculador de las corrientes de referencia en el lado de fuente se obtiene a partir de la información obtenida mediante los sensores de las tensiones de red. Utilizando estas dos señales de entrada, en este calculador de las corrientes de referencia en el lado de fuente se implementa cualquier transformación válida de potencia a corriente en sistemas trifásicos o monofásicos, pudiendo estar dicha transformación basada en sistemas de referencia estáticos o giratorios. En función de las características deseables en las corrientes acondicionadas en el lado de fuente, la información obtenida mediante los correspondientes sensores de la tensión de red puede ser preprocesada antes de ser aportada como entrada al calculador de las corrientes de referencia en el lado de fuente. Cuando se desee que las corrientes circulantes en el lado de fuente den lugar a un factor de potencia unitario en la misma, las señales de los sensores de tensión se aplicarán de manera directa a la entrada correspondiente del calculador de las corrientes de referencia en el lado de fuente. Cuando se desee que las corrientes en el lado de fuente sean sinusoidales y enfasadas con la correspondiente tensión de red de secuencia positiva, la señal obtenida mediante los sensores de tensión será tratada mediante un lazo de enganche de fase (PLL) antes de ser aportada como entrada al calculador de las corrientes de referencia en el lado de fuente. Así mismo, en el calculador de las corrientes de referencia en el lado de fuente es posible implementar un algoritmo que se base en el conocimiento de determinados parámetros característicos de las tensiones de red, como pueden ser el valor eficaz, el valor de pico, el valor colectivo, o cualquier otro. En este último caso, la señal obtenida mediante los sensores de tensión es procesada con el objetivo de obtener los valores característicos anteriormente mencionados. La salida del calculador de las corrientes de referencia en el lado de fuente es aportada como la entrada negativa del restador implementado en el calculador de las corrientes de referencia para el filtro activo. En la entrada positiva de este restador se aporta información acerca de las corrientes en el lado de carga. Esta información de las corrientes en el lado de carga proviene de la lectura de los correspondientes sensores de corriente, y en función de qué componentes de dichas corrientes quieran ser compensadas, la lectura de estos sensores puede ser aportada de forma directa a la entrada positiva del restador, o bien puede ser previamente tratada mediante un atenuador, un procesador que elimine aquellas componentes que se desea que sean compensadas, o cualquier otro procedimiento aplicable. Finalmente, la salida del calculador de las corrientes de referencia para el convertidor estático controlado por corriente es aportada como entrada al controlador de la corriente inyectada por el convertidor estático del filtro activo.According to the materialization of the invention, The control method consists of a control loop based on the calculation of energy variation, not voltage, on the bus of the static converter of the active power filter. According to this, an energy controller for an active filter of power has the necessary voltage and / or current sensors on the continuous bus so that, from this information of voltage and / or current and knowing where appropriate the value of the reactive elements connected to said bus, the value of the energy stored in it. The fundamental variable of energy controller presented here is the variation of the power in the DC bus of the static converter. For him calculation of this energy variation in the continuous bus is use a subtractor that determines the difference between the output of the estimator of the energy in the continuous bus and a value of energy, or equivalent, provided as a reference. The error energy resulting from the aforementioned restorer constitutes the input variable to the controller of the variation of power in the DC bus of the static converter. The variable output of the bus power variation controller continuous is the average value of the instantaneous active power that should be developed by the source to compensate for any possible variation in the average value of the energy stored in the DC bus of the static converter. This controller of the power variation in the static converter DC bus it can be based on any control theory, linear or not linear, for single input and single output systems, and their fundamental objective is to get the average value of the error Energetic at its entrance be null. The output variable of controller of the continuous bus power variation of the static converter constitutes the first signal input to the current calculator that should circulate on the side of source. The other entry of this calculator of the currents of reference on the source side is obtained from the information obtained through the mains voltage sensors. Using these two input signals, in this calculator the reference currents on the source side is implemented any valid transformation from power to current in systems three-phase or single-phase, said transformation may be based in static or rotating reference systems. Depending on the desirable characteristics in the currents conditioned in the source side, the information obtained through the corresponding mains voltage sensors can be preprocessed before being provided as input to the calculator of reference currents on the source side. When you want to the circulating currents on the source side give rise to a unit power factor in it, the signals of the voltage sensors will be applied directly to the input corresponding to the reference current calculator in The source side. When you want the currents on the side of source are sinusoidal and stressed with the corresponding voltage positive sequence network, the signal obtained by means of voltage sensors will be treated by a hitch loop phase (PLL) before being provided as input to the calculator of the reference currents on the source side. Likewise, in the reference current calculator on the source side is possible to implement an algorithm that is based on knowledge of certain characteristic parameters of the network voltages, such as the effective value, the peak value, the value collective, or any other. In the latter case, the signal obtained by means of the voltage sensors it is processed with the objective of Obtain the characteristic values mentioned above. The output of the reference current calculator on the side of source is provided as the subtractor's negative input implemented in the calculator of the reference currents for The active filter. The positive input of this subtractor provides information about the currents on the load side. This information of the currents on the load side comes from the reading of the corresponding current sensors, and depending on from which components of these currents want to be compensated, the reading of these sensors can be contributed directly to the positive input of the subtractor, or it can be previously treated by an attenuator, a processor that eliminates those components that are desired to be compensated, or any other applicable procedure Finally, the calculator output of the reference currents for the static controlled converter by current it is provided as input to the controller of the current injected by static filter converter active.

Es importante destacar que el controlador energético para un filtro activo por derivación descrito anteriormente es totalmente aplicable a sistemas trifásicos de tres y cuatro hilos (sistemas con neutro).It is important to note that the controller energy for an active bypass filter described previously it is fully applicable to three-phase systems of three and four wires (systems with neutral).

Así mismo, el controlador energético para un filtro activo por derivación descrito anteriormente es totalmente aplicable sobre cualquier topología de convertidor estático controlado por corriente, ya esté dicho convertidor basado en topologías de dos niveles o multinivel, ya esté dicho convertidor fundamentado en la utilización de elementos capacitivos o inductivos en el bus de continua del convertidor estático.Also, the energy controller for a active bypass filter described above is fully applicable on any static converter topology controlled by current, already said converter based on two-level or multi-level topologies, whether the converter is based on the use of capacitive or inductive elements on the DC bus of the static converter.

La relación lineal existente entre la variación de energía almacenada en el bus de continua del convertidor estático y la potencia activa instantánea desarrollada por el filtro activo de potencia posibilita un diseño y análisis más sencillo de sistemas de control predictivos y/o de estructura variable que permiten restituir el valor de referencia de la energía almacenada en el bus de continua del convertidor estático ante situaciones transitorias o imprevistas debidas a bruscas variaciones de carga.The linear relationship between the variation of energy stored in the converter's continuous bus static and instantaneous active power developed by the active power filter enables more design and analysis simple predictive and / or structure control systems variable that allows you to restore the reference value of the energy stored in the DC bus of the static converter in case of temporary or unforeseen situations due to sudden load variations

Description of the drawings

A continuación se describirán de forma detallada realizaciones preferentes de la presente invención en base a los dibujos adjuntos, en los cuales:They will be described in detail below. preferred embodiments of the present invention based on the attached drawings, in which:

La figura 1 muestra el diagrama de bloques general del controlador energético de un filtro activo de potencia en derivación.Figure 1 shows the block diagram general energy controller of an active power filter in derivation.

La figura 2 muestra, a modo de ejemplo aclaratorio, el esquema de una aplicación particular del controlador energético de un filtro activo de potencia en derivación.Figure 2 shows, by way of example explanatory, the scheme of a particular application of energy controller of an active power filter in derivation.

La figura 3 muestra en detalle, y para la aplicación particular aclaratoria, el controlador de variación de energía en el bus de continua del convertidor estático.Figure 3 shows in detail, and for the particular clarifying application, the variation controller of power in the DC bus of the static converter.

La figura 4 muestra en detalle, y para la aplicación particular aclaratoria, el calculador de las corrientes de referencias en el lado de fuente.Figure 4 shows in detail, and for the particular clarifying application, the flow calculator of references on the source side.

La figura 5 muestra en detalle, y para la aplicación particular aclaratoria, el calculador de las corrientes de referencia para el convertidor estático controlado por corriente del filtro activo de potencia.Figure 5 shows in detail, and for the particular clarifying application, the flow calculator reference for the current controlled static converter of the active power filter.

El significado de las referencias numéricas alusivas a los elementos de las figuras aparece detallado en la página de enumeración de los elementos representados en las figuras.The meaning of numerical references allusive to the elements of the figures appears detailed in the enumeration page of the elements represented in the figures.

En la figura 1 se muestra el diagrama de bloques del controlador energético de un filtro activo de potencia en derivación. Esta figura muestra como el estimador de energía en el bus de continua (1) recibe como entrada las variables de tensión y/o corriente de cada uno de los elementos reactivos del bus de continua del convertidor (6). La elección del tipo de señales de entrada en (1) depende del algoritmo que se utilice en el mismo para estimar la energía almacenada en el bus de continua (7). Una vez conocida la energía almacenada en el bus de continua (7), el calculador de la variación de energía en el bus de continua (2), constituido por un restador, calcula el error energético en dicho bus respecto a un valor de energía, o equivalente, establecido como referencia (12). La señal de salida del calculador (2) constituye la variación instantánea de la energía en el bus de continua (8). Esta señal es aportada como entrada al controlador de la variación de energía en el bus de continua (3), el cual determinará el valor medio de la potencia activa instantánea que debe desarrollar la fuente (9) para que dicha variación de energía se vea compensada. El algoritmo utilizado para la implementación del controlador de la variación de energía en el bus de continua (3) se puede apoyar en cualquiera de las teorías existentes de control, lineal o no lineal, para sistemas de una entrada y una salida. La señal referente al valor medio de la potencia activa instantánea que debe desarrollar la fuente (9) es aportada como entrada al bloque calculador de referencias de corriente en el lado de fuente (4). Este bloque (4) recibe como segunda entrada un juego de señales (13) obtenido a partir de la lectura las tensiones de red. En el bloque (4) se implementa cualquier transformación válida de potencia a corriente para sistemas trifásicos o monofásicos, pudiendo estar dicha transformación basada en sistemas de referencia síncronos o giratorios. El bloque (4) determina la evolución instantánea de las corrientes que deberían circular en el lado de fuente (10) para conseguir que dicha fuente desarrolle el valor medio de potencia activa instantánea fijado por (9). En función de las características deseables en las corrientes de referencia para el lado de fuente (10), el juego de tensiones (13) variará de un caso a otro. Así, cuando se desee que las corrientes en el lado de fuente den lugar a un factor de potencia unitario en esta última, las tensiones (13) corresponderán a la lectura directa de las tensiones de red. Cuando se desee que las corrientes en el lado de fuente sean sinusoidales y enfasadas con la componente de tensión de secuencia positiva, las tensiones (13) resultarán de la aplicación de un lazo de enganche de fase (PLL) a las tensiones leídas en la red. Así mismo, en función de la transformación de potencia a corriente empleada en (4) es posible que las tensiones (13) provengan de algún otro tipo de procesado mediante el cual se extrae algún valor característico de las mismas. Hay que indicar, que independientemente de la apariencia que adopten las referencias de corriente en el lado de fuente (10), el valor medio de la potencia activa instantánea desarrollada por la fuente coincidirá con el valor de referencia establecido por (9). Una vez fijadas las corrientes de referencia para el lado de fuente (10), el cálculo de las corrientes de referencia para el convertidor estático controlado por corriente (11) se realiza mediante el bloque (5). Este bloque está constituido por un restador. En la entrada negativa de este restador se aportan las señales de referencia para el lado de fuente (10), y en la entrada positiva se aporta un juego de señales (14) obtenido a partir de la lectura de las corrientes de la carga. En función de las características particulares de este juego de señales (14), la evolución de las corrientes de referencia (11) para el convertidor estático controlado por corriente variara de un caso a otro. De esta manera, se puede conseguir modificar el porcentaje de acondicionamiento de las corrientes de carga mediante el uso de un atenuador en las señales captadas por los sensores de dichas corrientes, o también, la compensación parcial de sólo ciertas características de las corrientes de carga mediante la aplicación del procesado adecuado sobre las señales de salida de los sensores de dicha corrientes.The block diagram is shown in figure 1 of the energy controller of an active power filter in derivation. This figure shows how the energy estimator in the Continuous bus (1) receives voltage variables as input and / or current of each of the reactive elements of the bus of Continuous converter (6). The choice of the type of signals from entry in (1) depends on the algorithm used in it to estimate the energy stored in the continuous bus (7). A Once the energy stored in the continuous bus (7) is known, the energy variation calculator on the continuous bus (2), constituted by a subtractor, calculates the energy error in said bus with respect to an energy value, or equivalent, set as reference (12). The output signal of the calculator (2) constitutes the instantaneous variation of the energy in the continuous bus (8). This signal is provided as input to the controller of the variation of power on the continuous bus (3), which will determine the value medium of the instantaneous active power that the source (9) so that said energy variation is compensated. The algorithm used to implement the controller of the Power variation in the continuous bus (3) can be supported by any of the existing control theories, linear or not linear, for systems with one input and one output. The signal referring to the average value of the instantaneous active power that must be develop the source (9) is provided as input to the block current reference calculator on the source side (4). This block (4) receives as a second input a set of signals (13) obtained from reading the network voltages. At block (4) any valid transformation of current power for three-phase or single-phase systems, such transformation may be based on systems of synchronous or rotating reference. Block (4) determines the instantaneous evolution of the currents that should circulate in the source side (10) to get said source to develop the average value of instantaneous active power set by (9). In function of desirable characteristics in the streams of reference for the source side (10), the tension set (13) It will vary from case to case. So, when you want the currents on the source side give rise to a unit power factor in the latter, tensions (13) will correspond to direct reading of network tensions. When you want the currents in the source side be sinusoidal and encased with the component of positive sequence voltage, the voltages (13) will result from the application of a phase hitch loop (PLL) to the voltages read on the net. Likewise, depending on the transformation of current power used in (4) it is possible that the voltages (13) come from some other type of processing through which extracts some characteristic value from them. We must indicate, that regardless of the appearance adopted by the references of current at the source side (10), the average value of the instantaneous active power developed by the source will match with the reference value set by (9). Once the reference currents for the source side (10), the calculation of the reference currents for the static converter Current controlled (11) is performed by block (5). This block consists of a subtractor. At the entrance negative of this subtractor reference signals are provided for the source side (10), and in the positive input a game is provided of signals (14) obtained from the reading of the currents of the load. Depending on the particular characteristics of this signal set (14), the evolution of the reference currents (11) for the static converter controlled by varying current from one case to another. In this way, you can modify the conditioning percentage of load currents by the use of an attenuator in the signals captured by the sensors said currents, or also, the partial compensation of only certain characteristics of load currents through application of the appropriate processing on the output signals of the sensors of said currents.

Enumeración de elementos representados en las figuras:Enumeration of elements represented in the figures:

(1)(one): Estimador de energía almacenada en el bus de continuaEnergy estimator stored in the continuous bus

(2)(2): Calculador de la variación de energía en el bus de continuaEnergy Variation Calculator on the continuous bus

(3)(3): Controlador de la variación de energía en el bus de continuaPower variation controller on the continuous bus

(4)(4): Calculador de corrientes de referencia en el lado de fuenteReference Current Calculator on the source side

(5)(5): Calculador de corrientes de referencia para el convertidor controlado por corrienteReference Current Calculator for the current controlled converter

(6)(6): Señales de tensión y/o corriente del bus de continuaVoltage and / or current signals of the continuous bus

(7)(7): Señal para la estimación de la energía almacenada en el bus de continuaSignal for energy estimation stored in the continuous bus

(8)(8): Señal para la variación de energía en el bus de continuaSignal for energy variation in the bus continues

(9)(9): Señal para la el valor medio de la potencia activa instantánea que debe desarrollar la fuenteSignal for the average value of the instant active power that the source should develop

(10)(10): Señal para las corrientes de referencia en el lado de fuenteSignal for the currents of reference on the source side

(11)(eleven): Señal para las corrientes de referencia en el convertidor controlado por corrienteSignal for the currents of reference in the current controlled converter

(12)(12): Señal para el valor adoptado como energía de referencia en el bus de continuaSignal for the value adopted as reference power on the continuous bus

(13)(13): Señales para el juego de tensiones aportadas al calculador de corrientes de referencia en el lado de fuenteSignals for the game of tensions contributed to the reference current calculator on the side of source

(14)(14): Señales para el juego de corrientes aportadas al calculador de las corrientes de referencia para el convertidor controlado por corrienteSignals for the game of currents contributed to the calculator of the reference currents for the current controlled converter

(15)(fifteen): Controlador energético del filtro activo de potencia en derivaciónEnergy filter controller bypass power asset

(16)(16): Convertidor estático controlado por corrienteStatic converter controlled by stream

(17)(17): Controlador de la corriente inyectada por el convertidor estáticoInjected current controller by static converter

(18)(18): Inductancias de acoplo a redNetwork coupling inductances

(19)(19): Convertidor estáticoStatic converter

(20)(twenty): Bus de continua del convertidor estáticoBus Continuous Static Converter

(21)(twenty-one): Sensor de la tensión de un condensador del bus de continuaOne voltage sensor DC bus capacitor

(22)(22): Señal de lectura de la tensión de un condensador del bus de continuaSignal reading voltage of a DC bus capacitor

(23)(2. 3): Sensor de la tensión de redMains voltage sensor

(24)(24): Sensor de la corriente de cargaCurrent sensor load

(25)(25): Lazo de enganche de fase (PLL) con detección de secuencia positiva de las tensiones de redPhase Hitch Loop (PLL) with positive sequence detection of network voltages

(26)(26): Atenuador controlableControllable Dimmer

Application example of the energy controller for a filter bypass power asset

En la figura 2 se muestra una aplicación particular del controlador energético de un filtro activo de potencia en derivación trabajando sobre un sistema trifásico de cuatro hilos (con conductor de neutro). En este caso, el convertidor estático controlado por corriente utilizado (16) es de dos niveles, disponiendo de cuatro ramas de semiconductores y conexión del neutro de la red al punto medio del bus de continua.An application is shown in Figure 2 particular of the energy controller of an active filter of bypass power working on a three-phase system of four wires (with neutral conductor). In this case, the Static converter controlled by current used (16) is two levels, having four semiconductor branches and connection of the network neutral to the midpoint of the bus keep going.

En esta aplicación particular, al disponer el bus de continua (20) de dos condensadores, la energía almacenada en el bus de continua de calcula en (1) mediante la expresión:In this particular application, when arranging the bus of continuous (20) two capacitors, the energy stored in the Continuous bus calculated in (1) by the expression:

w_{dc} = \frac{1}{2} (C_{1}v^{2}_{C1}+C_{2}v^{2}_{C2})w_ {dc} = \ frac {1} {2} (C 1 v 2 C1 + C 2 v 2 C2)

En esta aplicación particular, el controlador de la variación energía en el bus de continua (3) se implementa mediante algoritmo de control lineal mostrado en la figura 3. Las funciones de transferencia características de este control son:In this particular application, the controller of the energy variation in the continuous bus (3) is implemented by linear control algorithm shown in figure 3. The Transfer functions characteristic of this control are:

H(s)= \frac{\omega^{2}_{h} (S^{2}+\omega^{2}_{h})}{(S^{2}+2\xi_{h}\omega_{h}s+\omega^{2}_{h})^{2}}H (s) = \ frac {\ omega2 {h}} (S2 + \ omega2h)} {(S2 +2 \ xi_ {h} \ omega_ {h} s + \ omega2 {h}) 2

C(s) = kC (s) = k

F_{1} (s)= 1 + \frac{\omega^{2}_{f}}{s(s+2\omega_{f})}F_ {1} (s) = 1 + \ frac {\ omega2 {f}} {s (s + 2 \ omega_ {f}}

F_{2} (s) = \frac{\omega^{2}_{f}}{s+2\omega_{f}}F_ {2} (s) = \ frac {\ omega2 {f}} {s + 2 \ omega_ {f}}

donde, \omega_{s} = 2\cdot\pi\cdot50, k = \omega_{f} = 2\cdot\pi\cdot10, \omega_{h} = 2\cdot\pi\cdot100 y \xi_{f} = \xi_{h} = 1.where, \ omega_ {s} = 2 \ cdot \ pi \ cdot50, k = \ omega_ {f} = 2 \ cdot \ pi \ cdot10, \ omega_ {h} = 2 \ cdot \ pi \ cdot100 and \ xi_ {f} = \ xi_ {h} = one.

En esta aplicación particular, el calculador de las corrientes de referencia en el lado de fuente (4) se implementa de acuerdo al diagrama mostrado en la figura 4. En este diagrama, el bloque (25) simboliza un lazo de enganche de fase (PLL) con detección de secuencia positiva de las tensiones de red. Mediante la utilización de este PLL, se consigue que las corrientes en el lado de fuente sean sinusoides puramente activas de secuencia positiva, y darán lugar a que el valor medio de la potencia activa instantánea desarrollada por la fuente coincida con el valor de referencia aportado por el bloque (3).In this particular application, the calculator the reference currents on the source side (4) are implemented according to the diagram shown in figure 4. In this diagram, block (25) symbolizes a phase hitch loop (PLL) with positive sequence detection of network voltages. By means of the Using this PLL, you get that currents on the side source are purely active sinusoids of positive sequence, and will result in the average value of the active power snapshot developed by the source matches the value of reference provided by the block (3).

El algoritmo implementado en el calculador de las corrientes de referencia en el lado de fuente (4) es el siguiente:The algorithm implemented in the calculator of the reference currents on the source side (4) is the next:

i^{*}_{Si} = \frac{p_{S-med}}{\sum\limits_{j=a,b,c}(v_{Si-img})^{2}} \ \cdot \ v_{Si-img_{|_{i=a,b,c}}}i * Si = \ frac {p_ {S-med}} {\ sum \ limits_ {j = a, b, c} (v_ {Si-img}) ^ {2}} \ \ cdot \ v_ {Si-img_ {| _ {i = a, b, c}}}

donde p_{S-med} representa el valor medio de la potencia instantánea que debe ser desarrollada por parte de la fuente, y v_{Si-img} representa la señal de la fase i aportada como entrada de tensión en el calculador de las corrientes de referencia en el lado de fuente (4).where p S-med represents the average value of the instantaneous power that must be developed by the source, and v Si-img represents the signal of phase i provided as voltage input in the calculator of the reference currents on the source side (4).

En esta aplicación particular, el calculador de las corrientes de referencia para el convertidor controlado por corriente (5) se implementa de acuerdo a lo especificado en la figura 5. En este caso, el juego de corrientes que se suministran a la entrada positiva del restador provienen de un atenuador controlable (26). Mediante la señal de control de este atenuador, la cual puede adoptar valores entre 0 y 1, se puede fijar el porcentaje de las componentes armónicas y distorsionantes de las corrientes de carga que se desean compensar.In this particular application, the calculator the reference currents for the converter controlled by current (5) is implemented as specified in the Figure 5. In this case, the set of currents that are supplied to the positive input of the subtractor comes from an attenuator controllable (26). Through the control signal of this attenuator, the which can take values between 0 and 1, you can set the percentage of harmonic and distorting components of load currents that you want to compensate.

References

[1][one]: V. Cardenas, L. Moran, A. Bahamondes, J. Dixon, "Comparative analysis of real time reference generation techniques for four wire shunt active power filters", Proceedings of IEEE 34th Annual Conference on Power Electronics Specialist, PESC'03, June 2003, Vol. 2, pp. 791-796.V. Cardenas , L. Moran , A. Bahamondes , J. Dixon , "Comparative analysis of real time reference generation techniques for four wire shunt active power filters", Proceedings of IEEE 34th Annual Conference on Power Electronics Specialist, PESC'03 , June 2003 , Vol. 2, pp. 791-796.

[2][2]: M.J. Newman, D.N. Zmood, D.G. Holmes, "Stationary frame harmonic reference generation for active filter systems", IEEE Transactions on Industry Applications, Nov-Dec 2002, Vol. 38, pp. 1591-1599.MJ Newman , DN Zmood , DG Holmes , "Stationary frame harmonic reference generation for active filter systems", IEEE Transactions on Industry Applications , Nov-Dec 2002 , Vol. 38, pp. 1591-1599.

[3][3]: M. Labben-Ben Braiek, F. Fnaiech, K. Al-Haddad, L. Yacoubi, "Comparison of direct current control techniques for a three-phase shunt active power filter", Proceedings IEEE International Industrial Electronics, ISIE '02, July 2002, Vol. 4, pp: 1217-1222.M. Labben-Ben Braiek , F. Fnaiech , K. Al-Haddad , L. Yacoubi , "Comparison of direct current control techniques for a three-phase shunt active power filter", Proceedings IEEE International Industrial Electronics, ISIE '02 , July 2002 , Vol. 4, pp: 1217-1222.

[4][4]: S. Rechka, T. Ngandui, Xu Jianhong, P. Sicard, "A comparative study of harmonic detection algorithms for active filters and hybrid active filters", Proceedings of IEEE 33rd Annual Conference on Power Electronics Specialist, PESC '02, June 2002, Vol. 1, pp. 357-363.S. Rechka , T. Ngandui , Xu Jianhong , P. Sicard , "A comparative study of harmonic detection algorithms for active filters and hybrid active filters", Proceedings of IEEE 33rd Annual Conference on Power Electronics Specialist, PESC '02 , June 2002 , Vol. 1, pp. 357-363.

[5][5]: M. Aredes, L.F.C Monteiro, "A control strategy for shunt active filter", Proceedings of IEEE 10th International Conference on Harmonics and Quality of Power, ICHQP'02, 2002, Vol. 2, pp. 472 -477.M. Aredes , LFC Monteiro , "A control strategy for shunt active filter", Proceedings of IEEE 10th International Conference on Harmonics and Quality of Power, ICHQP'02 , 2002 , Vol. 2, pp. 472-477.

[6][6]: P.S. Sensarma, K.R. Padiyar, V. Ramanarayanan, "A comparative study of harmonic filtering strategies for a shunt active filter", Proceedings of IEEE Industry Applications Conference, Oct. 2000, Vol. 4, pp. 2509-2516.PS Sensarma , KR Padiyar , V. Ramanarayanan , "A comparative study of harmonic filtering strategies for a shunt active filter", Proceedings of IEEE Industry Applications Conference , Oct. 2000 , Vol. 4, pp. 2509-2516.

[7][7]: G. Bonifacio, A. Lo Schiavo, P. Marino, A. Testa, "Comparative analysis of shunt active filters in nonideal operating conditions", Proceedings of IEEE 9th International Conference on Harmonics and Quality of Power, ICHQP '00, Oct. 2000, Vol. 1, pp. 226 -231.G. Bonifacio , A. Lo Schiavo , P. Marino , A. Testa , "Comparative analysis of shunt active filters in nonideal operating conditions", Proceedings of IEEE 9th International Conference on Harmonics and Quality of Power, ICHQP '00 , Oct. 2000 , Vol. 1, pp. 226-231.

[8][8]: G. D. Marques, "A comparison of active power filter control methods in unbalanced and non-sinusoidal conditions", Proceedings of the 24th Annual Industrial Electronics Society, IECON '98, Aug. – Sept. 1998, Vol. 1, pp. 444-449.GD Marques , "A comparison of active power filter control methods in unbalanced and non-sinusoidal conditions", Proceedings of the 24th Annual Industrial Electronics Society, IECON '98 , Aug. - Sept. 1998 , Vol. 1, pp. 444-449.

Claims

1. An energy controller for a filter bypass power asset. This controller comprises:

An estimator of the energy stored in the bus DC converter;

An energy variation calculator in the continuous bus with respect to a reference value;

A controller of energy variation in the continuous bus, in which the algorithm of control that determines the average value of the instantaneous power that must be developed by the source based on the variation of power experienced by the converter's continuous bus;

A calculator of the reference currents in the source side, on which the algorithm for determine the currents that must flow through the source based on the average value of the instantaneous active power that must develop the source and in the network tensions;

A calculator of the reference currents for the current controlled converter based on the currents that must circulate on the source side and in the currents that circulate on the load side.

2. The device claimed in 1, where the estimator of the energy stored in the continuous bus is implemented from the voltage reading in the Continuous bus power storage devices.

3. The device claimed in 1, where the estimator of the energy stored in the continuous bus is implemented from the current reading in the Continuous bus power storage devices.

4. The device claimed in 1, where the estimator of the energy stored in the continuous bus is implemented from the joint reading of the tension and the current in the bus energy storage devices of continuous.

5. Any of the claimed devices in 2, 3 or 4, where the output of the energy estimator offers a variable without physical meaning but that turns out to be proportional to the energy stored in the continuous bus.

6. The device claimed in 1, where the energy variation calculator on the continuous bus is constituted by a subtractor between the output variable of the estimator of the energy stored in the continuous bus and a value of energy, or equivalent, provided as a reference.

7. The device claimed in 1, where the controller of the power variation in the continuous bus will implement using any linear control theory or not linear, and whose ultimate goal is to get the average value of your input variable, associated with the variation of energy on the bus Continuous converter, be null.

8. The device claimed in 1, where the controller of the power variation in the continuous bus will implement using any linear control theory or not linear, and whose objective is also to achieve that the average value of the variable associated with the variation of energy in the continuous bus be null, to ensure the return of the reference energy in the bus continues when due to transient situations or unforeseen the current value of said energy stored in the bus continually go outside the operating limits.

9. The device claimed in 1, where the reference current calculator on the source side is support any transformation from power to current in three-phase systems, whether this system-based transformation reference static or rotating, and use as a second input the direct reading of the network voltages, with the objective of getting a compensation strategy based on the concept of unit power factor.

10. The device claimed in 1, where the reference current calculator on the source side is support any transformation from power to current in three-phase systems, whether this system-based transformation reference static or rotating, and use as a second input a set of direct sequence sinusoidal tensions, from the performance of a phase hitch loop (PLL) on the direct reading of the network voltages, with the objective of getting a compensation strategy based on the concept of sinusoidal current on the source side.

11. The device claimed in 1, where the reference current calculator on the source side is support any transformation from power to current in three-phase or single-phase systems, and use as a second input a set of characteristic values of the network voltages in order to get a set of currents conditioned on the source side.

12. The device claimed in 1, where the reference current calculator for the converter controlled by current is constituted by a subtractor in the that, in its negative input the reference currents are applied on the source side, and in its positive input the reading is applied Direct load currents.

13. The device claimed in 1, wherein the reference current calculator for the converter controlled by current is constituted by a subtractor in the that, in its negative input the reference currents are applied on the source side, and in its positive entry a set of currents from the performance of a controlled attenuator about direct reading of load currents.

14. The device claimed in 1, where the reference current calculator for the converter controlled by current is constituted by a subtractor in the that, in its negative input the reference currents are applied on the source side, and in its positive entry a set of signals from the performance of a signal processor that eliminates those components of the current read by the sensors of charging current and that is not wanted to be compensated.