Diseño del hardware de potencia y control de un SVC de baja tensión

Abstract

En esta tesis se presenta el diseño del hardware de potencia de un compensador estático de var (SVC, por sus siglas en inglés) de baja tensión bajo condiciones de voltajes de suministro sinusoidales y balanceadas. Se inicio con el estudio de la operación fundamental de este dispositivo, iniciando con la operación característica del reactor controlado por tiristores (TCR, por sus siglas en inglés) para posteriormente analizar la operación de un capacitor fijo (FC, por sus siglas en inglés) conectado en paralelo con un TCR, esta configuración se denomina FC-TCR, la cual se aborda en esta tesis. Teniendo en cuenta este análisis, se procede a diseñar el SVC a partir de un capacitor fijo trifásico en conexión delta. Para validar la metodología de diseño del SVC se presenta una simulación del diseño del SVC en el software Matlab/Simulink obteniendo los mismos resultados tanto en simulación como en la metodología de diseño propuesto. Se diseña el reactor del TCR, a partir del valor de inductancia y corriente obtenidas del diseño del SVC, en el cual se considera el margen de flujo magnético para garantizar que no haya una saturación prematura del núcleo del reactor. Con base en el voltaje y corriente rms a través del reactor se calcula la potencia aparente para obtener el producto de área que determina el tipo de laminación que se utiliza para el diseño de reactor. Este diseño se realiza debido a que no hay reactores comerciales con el valor de inductancia que se obtiene en el diseño del SVC. Se diseña un controlador lineal para la corrección del factor de potencia y regulación de la potencia reactiva. Para validar el desempeño del controlador PID se utilizo el software Matlab/Simulink para llevar a cabo la simulación del SVC conectado a una carga variable, balanceada y sinusoidal mostrando que el control mantiene la estabilidad, regula la potencia reactiva y mejora el factor de potencia en el punto de acoplamiento común (PCC, por sus siglas en inglés) en máximo 0.01 minutos por lo cual cumple con la norma de la Comisión Reguladora de Energía, ya que está norma dice que las mediciones del factor de potencia se harán cada 5 minutos, cumpliendo con el 95 % del tiempo durante un periodo mensual. Por último se presenta un proyecto para la implementación del diseño del hardware de potencia del SVC, donde se toma como base dos estándares de la IEEE los cuales mencionan las principales características, componentes principales, funciones de los componentes y protecciones del SVC, así como las pruebas de campo para la puesta en marcha de este dispositivo. Teniendo en cuenta estos estándares se procede a calcular las protecciones de los elementos del compensador estático de var, así como los calibres de los conductores de estos elementos. Además, se determina el tamaño de un gabinete para el SVC con base a las dimensiones y la distribución de los elementos de este dispositivo.