Capıtulo 1

Introduccion

La energıa electrica, actualmente, es uno de los motores que mueven el mundo. Desde

el entorno empresarial hasta el particular, todas nuestras actividades necesitan de un

suministro electrico fiable y de calidad.

Una buena gestion y un uso responsable de la electricidad por parte de los usuarios

finales, bien sean empresas o particulares, siempre supone una importante baza para

reducir costos y para no perturbar la calidad de la onda. De la misma manera, el gestor

de la red electrica tambien esta interesado en mantener un servicio de electricidad fiable

con una onda electrica de calidad, dado que de ahı deriva un menor desperdicio de energıa.

Por ello, es necesario estudiar como es posible mantener la calidad del suministro electrico.

La red electrica consta de distintas etapas, en cada una de ellas, la electricidad lleva

asociadas unas caracterısticas y problemas diferentes, que afectan a la calidad electrica.

Las redes de transporte, que trabajan con tensiones de 400 o 220 kV, conectan grandes

generadores con grandes cargas, ademas de conectarlas con las subestaciones que hacen

de pasarela con las redes de distribucion. Son redes que soportan potencias unitarias muy

elevadas y, por tanto, su diseno esta orientado a obtener una alta fiabilidad del sistema.

Son redes que suelen construirse y explotarse con topologıas malladas, lo que define en gran

medida los problemas con los que podemos encontrarnos. Entre los criterios de seguridad

con los que se disenan estas redes, esta el analisis de las contingencias en estatico y la

estabilidad transitoria.

Sin embargo, en esta tesis, vamos a abordar el problema de la calidad de la electricidad

ubicado, no en las grandes redes de transporte, sino en las redes de distribucion y, sobre

todo, en torno a los centros de transformacion.

A diferencia de las redes de transporte, las redes de distribucion han sido tradicional-

mente redes pasivas, sin generadores. Son redes disenadas sin la necesidad de encontrar

una fiabilidad tan alta como en las redes de transporte. De manera que son redes que

no tienen porque construirse o explotarse de manera mallada, dependiendo su topologıa

1

2 Capıtulo 1. Introduccion

de los niveles de tension y de las caracterısticas de suministro. Una de las caracterısticas

principales de estas redes es que las potencias suelen disminuir con los niveles de tension.

Entre las redes de distribucion, encontramos distintos tipos segun el nucleo de consumo

al que da soporte.

Las redes de distribucion rurales, orientadas a nucleos de poblacion con una reducida

densidad de abonados (kW/km2), suelen estar construidas con lıneas aereas y usando

una topologıa radial, figura 1.1, de manera que cualquier averıa puede afectar a todos los

abonados aguas abajo, pero a la vez es facil de detectar y reparar. De esta estructura

radial se desprende el principal problema que solemos encontrar en las redes rurales: el

control de tensiones.

Figura 1.1: Esquema tıpico de una red electrica de distribucion en un entorno rural.

En las redes de distribucion urbanas, con una elevada densidad de abonados (kW/km2),

las lıneas suelen ser subterraneas y la topologıa en anillo, figura 1.2, o radial, dependiendo

de las caracterısticas del consumo. Aunque las redes tengan topologıa en anillo, se suelen

explotar como redes radiales, mediante la desconexion de algun interruptor en los cen-

tros de transformacion. La reparacion de averıas en este tipo de redes suele ser algo mas

complicada, aunque la estructura en malla, suele ofrecer una alternativa para mantener

el suministro durante la reparacion al mayor numero de abonados posible.

En las redes urbanas suele haber problemas con las intensidades en servicio continuo

y, ademas, hay que limitar las corrientes de cortocircuito y tener cuidado con las cargas

no lineales.

Ademas, hay que tener en cuenta que, en los ultimos anos, se han ido insertando en

las redes de distribucion pequenos generadores que las han convertido en redes activas y

que han provocado una serie de perturbaciones en las redes de media y baja tension que

1.1. LA CALIDAD DE LA ENERGIA ELECTRICA 3

Figura 1.2: Esquema tıpico de una red electrica de distribucion en un entorno urbano.

antes solo aparecıan en las redes de transporte.

Finalmente, hay que tener en cuenta que la electricidad es un servicio y, como tal, debe

cumplir una serie de requisitos de seguridad, de confiabilidad y de calidad; tanto calidad

del propio servicio como de la onda de tension o intensidad que define al producto, en el

sentido de que deber ser una onda senoidal pura equilibrada entre fases. En el siguiente

apartado, describiremos que caracterısticas definen la calidad de la energıa electrica.

1.1. La calidad de la energıa electrica

Considerando que un sistema electrico ideal es aquel en el que las tensiones e intensi-

dades estan equilibradas y varıan a frecuencias constantes, como se puede ver en la figura

1.3, podemos definir la calidad de la energıa electrica como la ausencia de interrupciones,

sobretensiones, deformaciones armonicas, variaciones de voltaje o cualquier otra pertur-

bacion que provoquen que el sistema electrico se aleje de la situacion ideal. La calidad de

la energıa electrica debe asegurar la estabilidad del voltaje, la frecuencia y la continuidad

del servicio.

Sin embargo, en redes reales suelen aparecer fenomenos que perturban el sistema

electrico. En [Hey98] se ofrece un breve analisis introductorio sobre los posibles problemas

relacionados con la calidad de la energıa electrica y los ındices con los que estos se suelen

cuantificar.

Podemos decir que existe un problema de la calidad de la energıa electrica cuando

se produce alguna desviacion de la tension, corriente o frecuencia que acabe teniendo un

reflejo en el usuario final. De ellos se desprenden algunos efectos poco deseables, tales

4 Capıtulo 1. Introduccion

Figura 1.3: Sistema trifasico de tensiones sin perturbaciones que afecten a la calidad dela onda.

como el incremento de perdidas electricas que, a su vez, lleva asociado mayores costos y,

por tanto, danos en la economıa, confiabilidad, etc. del usuario final.

Hoy en dıa, el incremento de la cantidad de cargas sensibles en los sistemas de distri-

bucion, que a la vez resultan ser otra causa de la degradacion de la calidad de la energıa,

ha resaltado la importancia en la atencion a este tema.

Por ejemplo, el uso generalizado de equipos de control y automatizacion tiene un efecto

en el incremento de los problemas de confiabilidad en los procesos de produccion, ya que

estos equipos electronicos son fuente de perturbaciones que afectan a la calidad de la

energıa electrica, distorsionando las ondas electricas. A la vez, estos equipos son cargas

muy sensibles a los problemas de calidad de la energıa.

Es evidente, por tanto, que el aumento de la productividad y competitividad de las

empresas viene directamente empujada por el aumento en la calidad de la energıa electrica,

dada la relacion existente entre esta y la eficiencia de los equipos electricos.

Por lo tanto, tenemos equipos en la red que son fuente y vıctimas, a la vez, de los

problemas asociados con la calidad de la energıa. Dado que tenemos que convivir con

ellos, lo mejor es buscar soluciones a traves del analisis de las distintas perturbaciones

existentes en el sistema electrico.

La CEI (Comision Electrotecnica Internacional) clasifica las perturbaciones que pode-

mos encontrar en un sistema electrico en conducidas y radiadas. Ademas, dentro de cada

tipo diferencia entre perturbaciones de baja y alta frecuencia. La descripcion de cada

fenomeno se hace en base a los tiempos caracterısticos y a la tension del sistema durante

la perturbacion.

Dentro de las perturbaciones conducidas de alta frecuencia podemos destacar:

los transitorios tipo impulso y los transitorios de tipo oscilatorio.

1.1. LA CALIDAD DE LA ENERGIA ELECTRICA 5

Los transitorios de tipo impulso se definen como la aparicion de una componente

de continua de una cierta magnitud (entre 0 y 8 p.u.) sobrepuesta a la senal original

(corriente, tension o ambos) durante un corto espacio de tiempo. Se caracterizan por su

tiempo de subida (entre 5 ns y 1 ms) y su duracion total (entre 50 ns y 1 ms). La figura

1.4 muestra el oscilograma de una perturbacion de tipo impulso.

Figura 1.4: Oscilograma de una perturbacion transitoria de tipo impulso que muestra lavariacion del valor RMS de la tension.

Este tipo de transitorios son debidos bien a rayos que caen sobre las lıneas, figura 1.5,

o bien a maniobras realizadas sobre algun elemento de la red.

Figura 1.5: Rayo cayendo sobre una lınea electrica que acabara produciendo una per-turbacion en la forma de onda de tipo impulso.

Los transitorios de tipo oscilatorio son senales oscilatorias, de frecuencia distinta a

la de operacion del sistema, sobrepuestas a la senal original (tension, intensidad o ambas).

6 Capıtulo 1. Introduccion

Estos fenomenos se caracterizan por su frecuencia (entre 5 kHz y 5 MHz) y por su duracion

(entre 0,5 ms y 50 ms), ademas de su magnitud.

Segun su frecuencia se clasifican en transitorios de alta (mayores de 500 kHz, con una

duracion de varios ciclos de la frecuencia fundamental), media (entre 5 y 500 kHz) y baja

frecuencia (del orden de los 5 kHz, con una duracion de entre 0,3 y 50 ms).

Los transitorios de tipo oscilatorio pueden deberse a maniobras sobre algun elemento

de la red o a condensadores, pero tambien pueden producirse despues de una sobretension

de tipo impulso. Suelen aparecer en distribucion y en sistemas industriales. La figura 1.6

muestra el oscilograma de una perturbacion oscilatoria debida al cierre de un condensador.

Figura 1.6: Oscilogramas de una perturbacion transitoria de tipo oscilatorio.

En cuanto a las perturbaciones conducidas de baja frecuencia, se pueden des-

tacar: las variaciones de tension de corta o larga duracion, la distorsion de la forma de

onda, las fluctuaciones de tension y las variaciones de frecuencia.

Las variaciones de tension pueden clasificarse en funcion de su tiempo caracterıstico.

Instantaneas: entre 0,5 y 30 ciclos.

Momentaneas: entre 30 ciclos y 3 segundos.

Temporales: entre 3 segundos y 1 minuto.

Largas: mas de 1 minuto.

Tambien se pueden clasificar en base a la variacion de la magnitud de tension que se

produce.

Interrupcion de suministro: la tension resultante es inferior al 10% de la mag-

nitud original, figura 1.7. Suelen deberse a la faltas de cortocircuito en la red, figura

1.1. LA CALIDAD DE LA ENERGIA ELECTRICA 7

1.10, a la actuacion de las protecciones de esta, equipos averiados, etc. Cuando son

interrupciones de larga duracion suelen necesitar la intervencion del hombre para

solucionarse.

Hueco de tension: la tension resultante esta entre el 10% y el 90% de la tension

original, figura 1.8. Suelen deberse a faltas de cortocircuito en la red, arranque de

motores de grandes potencias, sobrecarga de transformadores de potencia o grandes

cargas, etc. Los efectos de las interrupciones son mas o menos importantes en base a

su duracion y suelen estar relacionado con la velocidad de los motores, desconexion

de equipos, etc.

Sobretension: la tension resultante es superior al 110% de la tension original,

figura 1.9. Pueden deberse a faltas de cortocircuito, la existencia de baterıas de

condensadores, desconexion de grandes cargas, etc.

Figura 1.7: Onda de tension afectada por una interrupcion de suministro durante unperiodo de tiempo.

Tanto los huecos como las interrupciones son perturbaciones aleatorias, impredecibles

y no es posible su eliminacion total.

La distorsion armonica de la forma de onda se define como una desviacion estable

del comportamiento idealmente sinusoidal de la tension o corrientes a la frecuencia funda-

mental, lo que supone la aparicion de frecuencias armonicas diferentes de la fundamental

en la onda. Se produce de manera permanente, no tiene una duracion determinada. Se

caracteriza por la propia frecuencia (entre 0 y 5 kHz) y la magnitud de esta componente

armonica (que puede estar entre el 0% y el 20% de la componente fundamental). La

figura 1.11 muestra el oscilograma de una distorsion armonica.

8 Capıtulo 1. Introduccion

Figura 1.8: Onda de tension afectada por una perturbacion del tipo hueco de tension.

Figura 1.9: Onda de tension afectada durante un cierto periodo por una sobretension.

Figura 1.10: Cortocircuito en una lınea electrica que puede acabar provocando unainterrupcion del suministro.

1.1. LA CALIDAD DE LA ENERGIA ELECTRICA 9

Figura 1.11: Onda de corriente afectada por una distorsion armonica debida a la conexionde cargas no lineales.

El nivel de distorsion armonica se describe por el espectro total armonico mediante

las magnitudes y el angulo de fase de cada componente. Se utiliza un ındice denominado

distorsion total armonica (THD) como medida de distorsion.

THD =

√∑n>1

U2n

U1

Esta perturbacion suele deberse a la presencia de cargas no lineales y se puede detectar

mediante el analisis de Fourier o contenido espectral. La figura 1.12 muestra una onda sin

distorsion y su correspondiente analisis de Fourier, mientras que la figura 1.13 muestra el

caso donde tenemos distorsion.

Figura 1.12: Onda senoidal no distorsionada con su correspondiente analisis de Fourier.

Los armonicos provocan muchos efectos nocivos en las redes, tales como: errores en las

lecturas de medidores de intensidad, interferencias en las comunicaciones, disminucion del

factor de potencia, calentamiento de condensadores, transformadores y otras maquinas,

resonancias, mayores corrientes de neutro, etc.

10 Capıtulo 1. Introduccion

Figura 1.13: Onda senoidal distorsionada con su correspondiente analisis de Fourier.

Cuando las frecuencias extras que aparecen en la onda no son multiplos de la compo-

nente fundamental, se les denomina interarmonicos.

Las muescas o hendiduras de tension (“notching”) son perturbaciones periodicas

en la forma de onda de tension, figura 1.14, causadas por la operacion normal de los

dispositivos de electronica de potencia, cuando la corriente es conmutada de una fase a

otra.

Figura 1.14: Captura de osciloscopio que muestra una senal de tension afectada porperturbaciones de tipo notching.

Se caracterizan por el espectro armonico de la tension afectada, pero las frecuencias

asociadas son tan altas que no son facilmente detectables, de ahı que se trate como un

caso aparte de la distorsion. Las muescas de tension son fuente de malos funcionamientos

en equipos electronicos

1.1. LA CALIDAD DE LA ENERGIA ELECTRICA 11

El ruido es una senal superpuesta a la onda, en una banda inferior a 200 kHz. Son

senales totalmente aleatorias e impredecibles de una magnitud pequena. Son provocadas

generalmente por rectificadores de estado solido y otros dispositivos electronicos.

Las fluctuaciones de tension son variaciones de la tension a muy baja frecuencia,

lo que se traduce en variaciones de la envolvente de la tension. Se caracterizan por su

frecuencia (entre 2 y 10 Hz) y por la variacion de la tension respecto de la ideal (entre

0,1% y 7%). Suelen llevar asociado otro fenomeno llamado parpadeo (o flicker) que es el

efecto sobre los receptores de iluminacion. La figura 1.15 muestra una tension afectada

por esta fluctuacion.

Figura 1.15: Fluctuaciones de tension asociadas a una frecuencia lenta o parpadeo.

Las fluctuaciones de tension normalmente se deben a consumos de potencia variable,

a cargas usuales, a los hornos de arcos, equipos de soldadura y, tambien, a la generacion

con energıas renovables.

Las variaciones de frecuencias suponen la desviacion de la frecuencia fundamental

respecto de la tomada como nominal en el sistema (en Espana: 50 Hz). Suelen producirse

por alteraciones en el equilibrio generacion/demanda.

Finalmente, la perturbacion que trataremos en esta tesis es el desequilibrio entre fases,

en este caso un desequilibrio de intensidades provocado por una asimetrıa de cargas.

El desequilibro de tensiones o intensidades se produce cuando las 3 tensiones o

intensidades de un sistema trifasico no tienen la misma magnitud o no estan igualmente

desfasadas dos a dos. Puede definirse como la relacion entre la desviacion maxima respecto

al valor promedio del sistema de tensiones/intensidades.

En el caso de las tensiones, por ejemplo, esta diferencia suele estar entre el 0,1% y el

2%, recomendandose que no supere este valor. La figura 1.16 muestra un sistema trifasico

desequilibrado.

12 Capıtulo 1. Introduccion

Figura 1.16: Sistema trifasico de tensiones desequilibrado.

El desequilibrio suele deberse a un reparto de cargas monofasicas desigual en cada

fase, a la presencia de cargas trifasicas desequilibradas, a fallos de aislamiento en los

conductores, etc.

Como veremos en la seccion 2.1 pueden caracterizarse utilizando el metodo de las

componentes simetricas.

El desequilibrio entre fases provoca el calentamiento y perdidas adicionales, que como

veremos en esta tesis llevan asociados unos costes adicionales. En el caso que nos interesara

en la tesis, en media y baja tension, segun la norma EN 50160, el desequilibrio no debe

exceder del 2% durante el 95% del tiempo.

Tanto el valor eficaz de la tension, como los armonicos o los desequilibrios son per-

turbaciones estacionarias que se pueden corregir. De la misma manera, algunas perturba-

ciones dinamicas como los huecos de tension o las fluctuaciones de tension son tambien

perturbaciones compensables.

La normativa UNE-EN 50160 define las caracterısticas permitidas en la tension

de las redes publicas de distribucion y por tanto define la calidad de onda de las redes de

distribucion.

En concreto, esta norma limita las perturbaciones de variaciones de frecuencia, va-

riaciones de tension, parpadeo, armonicos y desequilibrios, pero no limita las variaciones

rapidas de tension, los huecos de tension o las sobretensiones temporales o transitorias.

Por ejemplo, la UNE EN 50160 define el desequilibrio de tension en un sistema trifasico

como: “un estado en el cual el valor eficaz de las tensiones de fases o los desfases entre

fases no son iguales”.

Un analisis sobre la calidad del suministro electrico y su influencia en el diseno de

redes de distribucion, en base a las leyes y normativas existentes en Espana, se pone de

manifiesto en [Lop08].

1.2. METODOS TRADICIONALES DE MITIGACION 13

1.2. Metodos tradicionales de mitigacion

Dadas las perturbaciones que afectan a la calidad del servicio de energıa electrica, es

necesaria la toma de decisiones que mitiguen estas y mantengan un correcto suministro

de energıa al usuario final.

En este sentido, la optimizacion del proceso productivo de las empresas, que consumen

la mayorıa de la energıa generada, es un primer metodo para aliviar los problemas con la

calidad de la energıa. Una correcta automatizacion de los procesos productivos que evite

perdidas de energıa innecesarias, el uso de equipos eficientes y controlados, evitar el uso

de cargas no lineales, una conexion equilibrada de las cargas en el sistema trifasico, la

implantacion de polıticas de ahorro de energıa etc., son algunas medidas orientadas al uso

responsable de la energıa en las empresas e industrias.

No obstante, cualquier medida tomada por el cliente final es una medida plausible pero

no suficiente, ademas de totalmente aleatoria e incontrolada. De manera que es necesario

que el gestor del servicio ponga medidas para mantener la calidad del servicio, mas alla de

las acciones de los usuarios finales.

Por ello, para mitigar las perturbaciones que hemos descrito en el apartado anterior,

tradicionalmente se han utilizado metodos y dispositivos pasivos. En [EH06] se analizan

las caracterısticas que definen la calidad de la energıa electrica y se presentan algunos

metodos clasicos para intentar mantener esta.

Las baterıas de condensadores en paralelo es una forma barata y fiable de pro-

porcionar reactiva en periodos de consumo elevado. Se trata de equipos estandares y

modulares que se pueden controlar de manera manual o automatica mediante un numero

limitado de posibles operaciones, pero que no es adecuado para un control dinamico. La

figura 1.17 muestra una imagen real de una baterıa de condensadores conectados en alta

tension.

El uso de reactancias lineales disminuye las tensiones en horas de bajo consumo.

Se suelen utilizar conectadas al terciario de transformadores de manera que puedan ser

tele-controladas. No son adecuadas para un control dinamico. La figura 1.18 muestra una

imagen real de reactancias conectadas a la red.

El generador sıncrono ofrece una capacidad de generacion de reactiva inherente con

un bajo coste adicional y, por tanto, es util como reserva rodante de potencia reactiva.

Tambien puede trabajar como condensador sıncrono, aunque esto este en desuso actual-

mente. Tiene una respuesta rapida y de caracter continuo. Se fundamenta en el efecto

estabilizador (la potencia reactiva Q aumenta, cuando la tension V disminuye). A excita-

cion constante, la tension en bornes varıa fuertemente con la potencia suministrada por

14 Capıtulo 1. Introduccion

Figura 1.17: Baterıa de condensadores conectado a la red electrica.

Figura 1.18: Reactancias conectadas a la red electrica.

el generador, K = Xe/X. Es necesario un bucle de control, AVR (Automatic Voltage

Regulator), que se encarga de modificar la excitacion para mantener la tension en bornes,

variando la potencia reactiva suministrada.

Los transformadores con tomas bajo carga, modifican su relacion de transfor-

macion en base a la posicion de las tomas. En las redes de reparto la toma modifica la

1.2. METODOS TRADICIONALES DE MITIGACION 15

tension del lado de baja y suelen ser de actuacion automatica con un sistema de con-

trol que puede considerar incluso la carga suministrada. En redes de transporte la toma

modifica ambas tensiones en sentido contrario, actuando generalmente tele-controladas

por ordenador. El numero de actuaciones sobre las tomas suele estar limitado debido

al desgaste y mantenimiento. La figura 1.19 muestra un transformador con tomas y sus

ecuaciones de funcionamiento.

Figura 1.19: Transformador con tomas bajo carga. Ecuaciones de funcionamiento.

Las baterıas de condensadores en serie se usan para la compensacion de grandes

lıneas de transporte, mejorando las tensiones y la estabilidad, figura 1.20. Es mas efectivo

que la compensacion en paralelo, porque reduce la “distancia” electrica. Puede presentar

problemas de resonancias y sobretensiones transitorias.

Los transformadores desfasadores introducen un retraso artificial en serie, redis-

tribuyendo los flujos de potencia activa y mejorando la estabilidad, figura 1.21. Utilizan

tambien tomas, y ese es su punto debil pues tiene un numero limitado de operaciones y

requiere de un mantenimiento mayor.

Los estabilizadores de potencia PSS (Power System Stabilizer) se utilizan en gene-

radores estrategicamente determinados para evitar las oscilaciones en un sistema electrico.

Por lo tanto, los problemas de inestabilidad oscilatoria electromecanica permanente pue-

den superarse mediante la aplicacion de estabilizadores de potencia en ciertos generadores

del sistema de potencia. La utilizacion de los PSS es una de las soluciones mas economicas

y eficientes. Su analisis se basa en una formulacion de espacio de estado y el estudio de

los autovalores y autovectores del sistema electrico extendiendo los lımites de estabilidad

y modulando la excitacion del generador para amortiguar las oscilaciones de los rotores

16 Capıtulo 1. Introduccion

Figura 1.20: Esquema simplificado de una lınea electrica con baterıas de condensadoresen serie. Ecuaciones.

Figura 1.21: Esquema simplificado de un transformador desfasador conectado en unalınea electrica.

de las maquinas sıncronas.

El estabilizador convencional usado habitualmente, es el de estructura y parametros

fijos. Si se representa mediante un diagrama de bloques, el modelo comunmente mas

utilizado incluye un controlador de dos etapas de adelanto-retraso y un bloque de despeje

que hace las veces de un filtro paso-banda.

Los filtros pasivos sintonizados se utilizan para eliminar todas las frecuencias

armonicas que aparecen en el sistema trifasico de manera no deseada. Sin embargo, este ti-

po de filtros presentan algunos problemas: tienen un tamano considerable, la eficiencia del

1.2. METODOS TRADICIONALES DE MITIGACION 17

filtro depende de la red, son elementos que introducen resonancias al sistema, la variacion

de los parametros de la red puede agravar los problemas de resonancia y no se adaptan a

las variaciones de carga. La figura 1.22 muestra el circuito electrico que representa a un

filtro pasivo.

Figura 1.22: Esquema de un filtro pasivo sintonizado.

A continuacion, pretendemos listar algunas de las perturbaciones descritas en el apar-

tado anterior y relacionarlas con los metodos tradicionales utilizados para su mitigacion.

Por ejemplo, para mitigar las variaciones en el valor eficaz de la tension que

ocurren en redes de distribucion pasiva existen varios metodos. En las subestaciones se

suelen usar baterıas de condensadores o tomas en carga de transformadores. En las lıneas

se utilizan reguladores de tension y en los centros de transformacion tomas en vacıo de

transformadores. A parte de todo esto, al cliente se le suele facturar la potencia reactiva,

lo que tambien supone, de manera indirecta, un metodo para limitar estas perturbaciones.

Para mitigar el problema de los armonicos e interarmonicos suelen utilizarse bien

conexiones a niveles con potencia de corto mayor en el distribuido, o bien mediante filtros

pasivos sintonizados cuando esta muy relacionada con un cliente perturbador. Tambien

se trabaja con el dimensionamiento de los transformadores, maquinas y cables teniendo

en cuenta la presencia de corrientes no sinusoidales

La eliminacion de las muescas de tension implica el aislamiento de los equipos

sensibles de la fuente que las esta produciendo. La insercion de reactancias inductivas

tambien puede servir como solucion, para mitigar el efecto de las muescas.

Las fluctuaciones de tension se intentan mitigar en el distribuidor mediante la

conexion a niveles de potencia de corto mayor.

Una de las posibilidades para mitigar el efecto de los huecos de tension consiste en

estabilizar la senal de tension a traves de acondicionadores de red, los cuales existen con

diferentes principios y tecnologıas.

El problema del desequilibrio se intenta mitigar mediante el equilibrado de cargas

y configuraciones especiales (como, por ejemplo: la compensacion de cargas monofasicas

18 Capıtulo 1. Introduccion

mediante el circuito de Steinmetz).

En general, los metodos pasivos son caros, voluminosos e ineficientes (por ejemplo, son

muy sensibles a la temperatura). Ademas, presentan frecuencias crıticas o de resonancia

que pueden empeoran los problemas.

Por ello, en los ultimos anos se tiende al uso de dispositivos electronicos de po-

tencia (FACTS) encargados de mantener el sistema trifasico de potencia en los niveles

de calidad deseados, sobre todo en las redes de transporte. Se presenta, en [RGT99], un

rapido repaso del funcionamiento de diferentes tipos de dispositivos FACTS y de como su

utilizacion ayuda a aliviar los problemas presentes en la transmision de energıa por lıneas

electricas. En [RG99] se presentan ejemplos reales donde los FACTS suponen una mejora

del rendimiento de las redes electricas.

En [Qui09], se analizan los problemas de calidad de la energıa relacionados con la

instalacion de parques eolicos, sobre todo problemas de estabilidad de la senal, y se hace

una comparacion de los distintos tipos de FACTS y su utilizacion para eliminar estos

problemas.

En el caso presentado en esta tesis, se plantea el uso de un dispositivo D-STATCOM

(formado por un VSC) para el control del desequilibrio de intensidades en la red de

distribucion, concretamente en el centro de transformacion.

1.3. Planteamiento de la tesis de Master

En esta tesis planteamos una red de distribucion en torno a un centro de transformacion

en el que, por tanto, tenemos un transformador de distribucion conectado por su primario a

una lınea de media tension y por su secundario a una barra de baja tension. Consideramos

que a la barra de baja tension llegan un numero determinado de lıneas de baja tension,

de manera que cada una de ellas se puede considerar una carga trifasica en paralelo.

Suponiendo que la lınea equivalente resultado del paralelo de todas las lıneas que

llegan a esa barra supone una carga trifasica asimetrica, las corrientes de baja tension que

llegaran al transformador de baja tension por el secundario estan desequilibradas. Este

desequilibrio se traduce en un sistema de intensidades desequilibrado en el transformador

y en un sistema de intensidades desequilibrado en la lınea de media tension.

Aunque el diseno de las redes de baja tension suele buscar el equilibrado de cargas

mediante el reparto equitativo de usuarios entre fases, la realidad es que el comporta-

miento de los usuarios es totalmente aleatorio e impredecible. Por lo tanto, lo normal es

encontrarnos con desequilibrios en baja tension.

En niveles de tension mas altos empieza a ser habitual encontrar dispositivos FACTS

1.3. PLANTEAMIENTO DE LA TESIS DE MASTER 19

que mitiguen las perturbaciones que afectan a la calidad de onda, incluidos los desequili-

brios. Sin embargo, no es habitual utilizar estos dispositivos en baja tension.

La pregunta que nos hacemos es la siguiente: ¿hasta que punto nos resultarıa rentable

economicamente instalar un D-STATCOM en la barra de baja tension que compensara

los desequilibrios para que no llegaran ni al transformador, ni a la lınea de media tension?

En la tesis tratamos de ofrecer analisis que permitan responder a esta pregunta y,

ademas, mostrar una solucion tecnica mas o menos sencilla que, a modo ilustrativo, nos

permita ver el efecto de colocar un D-STATCOM en el esquema planteado.

Para ello, en primer lugar, en el capıtulo 2 exponemos algunos analisis habituales que

permiten medir el grado de desequilibrio de un sistema. Ademas presentamos los metodos

de algunos autores para obtener las corrientes de referencia que permitirıan compensar

dichos desequilibrios y mostramos algunos resultados de simulaciones que demuestran la

utilidad de estos metodos.

En el capıtulo 3, tratamos de explicar la estructura y funcionamiento de un Conver-

tidor en fuente de tension (VSC) y su conexion en paralelo a la red (STATCOM) que

permite, entre otras cosas, lograr la compensacion de desequilibrios. Planteamos los es-

quemas que incluyen la generacion de referencias, control, etc. tanto para el caso en que

se compensen corrientes de neutro como en el que no. Finalmente, mostramos el resultado

de simulaciones con el sistema completo.

En el capıtulo 4, analizamos los costos que suponen las perdidas por desequilibrio de

cargas en el sistema planteado. Ademas calculamos el ahorro que supondrıa la compen-

sacion de ese desequilibrio, comparando los casos en que se compensan y en que no se

compensan las corrientes de neutro. El capıtulo muestra distintos analisis variando una

serie de caracterısticas.

Finalmente, en el capıtulo 5, desarrollamos nuestras conclusiones tras el trabajo rea-

lizado.

Para la realizacion de esta tesis nos hemos basado en los apuntes de las asignatura

“Sistemas Electronicos en Redes Activas Inteligentes” del Master en Sistemas de Energıa

Electrica de la Universidad Sevilla, ademas de en multitud de artıculos que se referen-

cian en esta tesis; pero sobre todo hemos utilizado la base de una serie de libros que

mencionamos a continuacion.

En [RO77], el autor utiliza las componentes simetricas para analizar sistemas electricos

desequilibrados, sin embargo, en [RO70] el problema es abordado mediante el analisis de

Fourier.

En [Hin00] se hace un completo repaso de los dispositivos FACTS, comparandolos

entre sı, se revisan las tecnologıas de semiconductores existentes y se muestran ejemplos

20 Capıtulo 1. Introduccion

de dispositivos en uso en la actualidad.

Una revision bastante completa del uso de dispositivos electronicos para mejorar la

calidad de la energıa electrica es mostrada en [GL02]. Este libro analiza los problemas de

la calidad de la energıa, plantea el problema del desequilibrio de cargas y lo analiza en

base a distintas teorıas (componentes simetricas, componentes simetricas instantaneas,

potencias instantaneas, etc.). A partir de ahı, estudia y compara distintos dispositivos

FACTS y ofrece soluciones para resolver el problema del desequilibrio: desde la generacion

de corrientes de referencias, hasta el controlador, pasando por generadores de pulsos,

estructura del convertidor, etc.