Characterization of non-linear household loads for frequency domain modeling

Caracterización de cargas residenciales no lineales para modelado en el dominio de la frecuencia

Los estudios de armónicos en redes de baja tensión requieren el desarrollo de modelos realistas de cargas individuales así como el conocimiento de sus niveles típicos de penetración. Como base para el desarrollo de modelos en frecuencia, este artículo identifica las cargas no lineales más comunes que se usan en redes residenciales de Colombia. Estas cargas se clasifican de acuerdo con la topología de su circuito de corrección de factor de potencia (PFC) en no-PFC, PFC-pasivos y PFC-activos, y se selecciona un grupo representativo de cargas para cada caso. El comportamiento de la distorsión armónica para cada grupo se caracteriza a través de mediciones en laboratorio variando sistemáticamente la distorsión en tensión. Finalmente, se calculan varios indicadores para evaluar la conveniencia de los diferentes modelos en frecuencia (fuente de corriente constante, Norton acoplado y desacoplado) para cada grupo de cargas.

Introducción

El uso de cargas basadas en la electrónica de potencia, como ordenadores portátiles, televisores, lámparas fluorescentes compactas (CFL) o cargadores de vehículos eléctricos, aumenta continuamente en las redes residenciales. Estas cargas electrónicas son no lineales y pueden inyectar armónicos en la red. El impacto de las cargas individuales en la distorsión total suele ser despreciable, pero el impacto agregado de cientos de cargas puede afectar considerablemente a las tensiones armónicas de la red.

El impacto de las cargas domésticas no lineales en la distorsión armónica de la corriente se ha estudiado durante mucho tiempo. En general, los estudios de armónicos pueden basarse en modelos basados en componentes o en mediciones. Los modelos basados en componentes requieren la representación de dispositivos individuales en el dominio del tiempo o de la frecuencia. Los modelos en el dominio del tiempo pueden tener un alto nivel de precisión; sin embargo, el desarrollo de estos modelos requiere el conocimiento de los elementos internos (filtros, resistencias, condensadores, etc.) y el diagrama del circuito (Collin et al., 2010; Medina et al., 2013). Los modelos en el dominio del tiempo se vuelven rápidamente difíciles y requieren mucho tiempo en el caso de dispositivos más complejos (por ejemplo, con corrección del factor de potencia activo). Además, a veces también es necesario conocer los algoritmos de control implementados.