Controlador adaptativo robusto por modelo de referência no eixo zero aplicado ao controle de desbalanço de tensões de fase em geradores de indução autoexcitados isolados

Abstract

In this work, a voltage and frequency regulation system was implemented for a micro hidropower generation plant using an induction generator operating in standalone mode or not connected to a commercial energy distribution network. The selection of the induction generator is since for low powers it presents advantages compared to a synchronous generator of the same power. The studied micro-generation system has a primary engine that simulates an uncontrolled turbine and delivers relatively constant power, coupled to the generator, bank of excitation capacitors, the DSTATCOM and the consumption loads. The development consisted in generating the appropriate control loops for a reactive power compensation device, known as DSTATCOM, which is the arrangement that performs the voltage and frequency compensation by handling the flow of reactive and active power respectively. These control loops were implemented in a digital signal processor, in synchronous dq0 coordinates, which allows the use of classic fixed-gain PI compensators, for the control of the variables of interest, except for the case of phase voltage unbalance regulation where an Reference Model Robust Adaptive Controller (RMRAC) was used, in order to check if its use is feasible. This work aims to present the design of a RMRAC used in the zero axis voltage loop of the rotating synchronous reference frame to perform the control of phase voltage unbalance, as well as current harmonic compensation. Simulated and experimental results obtained demonstrate the feasibility of the idea for voltage unbalance compensation. But above all, it opens the way to continue with the study and improvement of this project.

En el presente trabajo se implementó un sistema de regulación de tensión y frecuencia para un emprendimiento de microgeneración de energía eléctrica utilizando un generador a inducción en forma aislada o no conectado a una red comercial de distribución. La selección del generador de inducción se debe a que para bajas potencias presenta ventajas comparado a un generador síncrono de la misma potencia. El sistema de microgeneración estudiado cuenta con un motor primario que simula ser una turbina no controlada y que entrega potencia relativamente constante, acoplado al generador, banco de capacitores de excitación, el DSTATCOM y las cargas de consumo. El desarrollo consistió en generar los lazos de control adecuados para un dispositivo de compensación de potencia reactiva, conocido como DSTATCOM, que es el arreglo que realiza la compensación de tensión y frecuencia mediante el manejo de flujo de potencia reactiva y activa respectivamente. Dichos lazos de control fueron implementados en un procesador digital de señales, en coordenadas dq0 síncronas, lo que permite usar compensadores PI clásicos de ganancia fija, para el control de las variables de interés, salvo para el caso de la regulación del desbalance de las tensiones de fase donde se utilizó un controlador adaptativo por modelo de referencia (RMRAC), con el objetivo de comprobar si es factible su utilización. La presente tesis de maestría tiene como objetivo presentar el diseño de un controlador robusto adaptativo por modelo de referencia usado en la malla de tensión del eje cero del referencial síncrono rotativo para efectuar el control de desbalance de tensiones de fase, como así también compensación de armónicos de corriente. Los resultados simulados y experimentales obtenidos demuestran la factibilidad de la idea para la compensación de desbalance de tensiones. Pero sobre todo, se abre camino para continuar con el estudio y mejora de este proyecto.