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driPROYECTO N° 045510 3/RS
TITULO:
PROYECTO ARCE: ESTIMACION DE LA EMISION DE ARMONICOS E
INTERARMONICOS EN LA RED ELECTRICA DEBIDO A LA PRESENCIA DE
HORNOS DE ARCO DE CORRIENTE CONTINUA.
Investigador Principal
Juan Carlos Delgado Navarro
Facultad/Depto.
Ingeniería/Ingeniería Eléctrica y Electrónica
E-Mail
jdelgado@ubiobio.cl
Coinvestigadores
OBJETIVOS:
-
Cuantificar la emisión armónica e internarmónica en redes eléctricas que alimentan
cargas no lineales del tipo hornos de arco de corriente continua, mediante una
herramienta computacional de análisis.
-
Implementar y evaluar el comportamiento y desempeño de los algoritmos de emisión de
armónicos e interarmónicos.
RESUMEN Y RESULTADOS:
En la actualidad la investigación en el área de la calidad de servicio eléctrico es cada vez
más importante, por lo cual es necesario desarrollar herramientas de análisis y simulación
para cuantificar el impacto de los diferentes tipos de perturbaciones que afectan el normal
funcionamiento de la red eléctrica. Una de las perturbaciones más frecuentes es la
distorsión de las formas de onda de tensión y corriente debido a la existencia de grandes
cargas no lineales. En este sentido, se destacan los hornos de arco eléctrico de corriente
alterna y corriente continua, típicamente con demandas superiores a los 100 MVA, los
cuales se comportan como grandes perturbadores de la red eléctrica, generando armónicos,
desequilibrios, interarmónicos y parpadeo (flicker).
Por otra parte, como consecuencia del creciente desarrollo de la electrónica de potencia se
estima que en un futuro próximo se instalarán casi exclusivamente hornos de corriente
continua, tanto para sustituir a los antiguos hornos de corriente alterna como en las nuevas
acerías.
En este proyecto, se propone el desarrollo de un modelo en el dominio de la frecuencia del
horno de arco de corriente continua para estimar su inyección de corrientes armónicas e
interarmónicas a la red de suministro (emisión).
El modelo propuesto sustenta en el análisis de rectificadores controlados tipo puente de
Graetz en configuración de 6 y 12 pulsos con regulador de corriente, en donde el punto de
funcionamiento queda definido por los instantes de disparo de cada válvula y los ángulos de
conmutación entre ellas para una condición de operación conocida, que dependerá de las
magnitudes de corriente y tensión en el lado de continua fijadas por el procesos de fusión.
Debido a la operación del regulador de corriente de cada rectificador controlador, en la
determinación de los instantes de disparo de las válvulas del rectificador, se incluye la
modulación del ángulo de disparo como consecuencia del rizado de la corriente del lado de
continua.
Por lo tanto, el objetivo de este proyecto es desarrollar un modelo de emisión del horno en
el dominio de la frecuencia, tanto en régimen equilibrado, desequilibrado y fluctuante. Para
ello, se considera el horno aislado de la red, es decir, se supone conocida la tensión de
alimentación. Esto permite determinar los instantes de disparo y los ángulos de
conmutación de cada convertidor ca/cc para una condición de operación conocida. Con
esta información, se determina mediante expresiones analíticas la emisión de las corrientes
armónicas e interarmónicas en el nudo de conexión.
Para satisfacer el objetivo del proyecto, se contemplan tres etapas diferenciadas por las
simplificaciones supuestas en el modelo del horno y de la red eléctrica. En una primera
etapa se considera la red y el horno en régimen equilibrado. Con esta metodología será
posible analizar la emisión armónica cuando sólo existen armónicos característicos.
En una siguiente etapa se considera la red y el horno en régimen desequilibrado pero no
fluctuante. Con ello será posible analizar la emisión armónica cuando existen armónicos
característicos y no característicos.
Finalmente, en la tercera etapa se considera el caso general en el cual tanto la red como el
horno poseen componentes armónicas e interarmónicas (régimen desequilibrado y
fluctuante), modelando el efecto fluctuante del arco eléctrico mediante una novedosa
metodología basada en fuentes alternas insertadas en el circuito de corriente continua.
Esta última etapa, constituye uno de los aportes más importantes del proyecto, pues permite
la evaluación simultánea de la emisión armónica permitiendo identificar los armónicos
característicos, no característicos y en especial la generación de interarmónicos. También
son contribuciones importantes del proyecto ARCE el novedoso modelado del efecto
fluctuante del horno, mediante fuentes alternas de magnitud y frecuencia variable. Por otro
lado, los resultados de este proyecto pueden extenderse fácilmente al análisis de otras
cargas no lineales.