Simulación de sistemas eléctricos con cargas no lineales y variantes en el tiempo

Simulation of electric systems with non-linear and time-variant loads

En este artículo se propone una metodología, implementada en un programa de computador por mediode una interfase gráfica con el usuario (GUI), que permite simular redes eléctricas con elementos nolineales (principalmente convertidores de potencia), tanto en el dominio del tiempo como en el dominiode la frecuencia. El método propuesto combina dos tipos de análisis en una herramienta flexible, de formaque se puedan aprovechar las ventajas de cada uno de ellos, y que permita analizar sistemas lineales yno lineales en el dominio del tiempo, sistemas lineales en el dominio de la frecuencia y sistemas mixtosutilizando este método híbrido. La herramienta es un instrumento de cálculo versátil y completo quepuede ser usado de una manera sencilla, para los estudios de análisis de propagación de armónicos enlas redes eléctricas. Se presentan ejemplos extraídos de la bibliografía utilizada en cursos de sistemasde potencia, circuitos eléctricos y electrónica de potencia, así como sistemas de prueba para análisis decargas no lineales o variantes en el tiempo, generados como marco de referencia para las simulacionesde armónicos. Se analizan los resultados y se hacen observaciones acerca de las características deconvergencia y estabilidad algorítmica del método propuesto. Dada la complejidad y carga computacionaldel análisis del método híbrido propuesto, se han seleccionado modelos de elementos, modelos de loscomponentes del sistema y algoritmos apropiados, para que la solución del problema se realice dentrode límites razonables de tiempo de simulación y consumo de recursos del equipo de cómputo.

INTRODUCCIÓN

Los sistemas eléctricos de corriente alterna son diseñados para operar con tensiones y corrientes sinusoidales. Sin embargo, las cargas no lineales y/o variantes con el tiempo distorsionan las formas de onda de tensión y corriente en estado estable provocando la aparición de las componentes armónicas. El análisis de la generación y propagación de tales componentes a través del sistema eléctrico se denomina flujo de potencia armónica [1].

Los estudios de armónicos son utilizados para cuantificar la distorsión de las ondas de tensión y corriente en varios puntos en un sistema eléctrico y determinar si existen condiciones resonantes que deban ser mitigadas [2].

La investigación se ha centrado en la evaluación del flujo de potencia armónico en las redes eléctricas; esto condujo a la disponibilidad de una gran variedad de programas de computador en donde se implementan técnicas de formulación y solución de los problemas de propagación armónica [3-6].