Reducción de armónicos de corriente en sistemas de distribución mediante un filtro activo en derivación con control por modos deslizantes

Abstract

En el presente trabajo se presenta la implementación de un prototipo de laboratorio de un filtro activo en derivación para reducir distorsión armónica de corriente y compensar potencia reactiva en nodo de distribución, controlado por el algoritmo super-twisting de la teoría de modos deslizantes. Se aborda la teoría del funcionamiento de un filtro activo en derivación. Se describe el principio de operación de este, se detalla el procedimiento de la compensación de armónicos de corriente y potencia reactiva, y se muestra la topología del convertidor empleado en este trabajo con su modelo matemático. Además, se explican las partes que integran el control del filtro activo, cómo funciona cada una de estas y se revisan criterios para la selección de los parámetros del convertidor. Para ilustrar la teoría del funcionamiento del filtro y observar el comportamiento del filtro ante diferentes condiciones de carga se realiza una prueba de simulación con un control del tipo PI. Para la aplicación del control super-twisting al sistema del filtro activo en derivación, se revisa la teoría básica de los modos deslizantes de primer orden como introducción a los modos deslizantes de alto orden, para después introducir los modos deslizantes de segundo orden y en particular el algoritmo super-twisting. También se revisa una transformación del modelo del filtro al marco de referencia dq para facilitar la implementación del control y se proponen las funciones de restricción con las que opera el control del filtro activo y se realizan pruebas de simulación para comprobar su funcionamiento comparando los resultados de estas pruebas con las del control PI. Por último se describe la implementación física del filtro activo en derivación en base a equipo de laboratorio para un caso de estudio con una carga no lineal que genera distorsión armónica en la corriente y otra carga que consiste en un motor de inducción operando en vacío con bajo factor de potencia y se muestran los resultados obtenidos para la compensación de corriente armónica y potencia reactiva en estas cargas.