Dissertation/ Thesis
Estudio y mejora del flujo armónico de cargas
| Τίτλος: | Estudio y mejora del flujo armónico de cargas |
|---|---|
| Συγγραφείς: | Busto Abadía, Jaime |
| Συνεισφορές: | University/Department: Universitat Politècnica de Catalunya. Departament d'Enginyeria Elèctrica |
| Thesis Advisors: | Mesas García, Juan José, Sainz Sapera, Luis |
| Πηγή: | TDX (Tesis Doctorals en Xarxa) |
| Στοιχεία εκδότη: | Universitat Politècnica de Catalunya, 2026. |
| Έτος έκδοσης: | 2026 |
| Φυσική περιγραφή: | 97 p. |
| Θεματικοί όροι: | Calidad del suministro eléctrico, Generación eléctrica distribuida, Perturbaciones eléctricas, red IEEE 14 buses, Flujo armónico de cargas, Armónicos, Cargas no lineales, Cancelación armónica, Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria elèctrica, 621.3 - Enginyeria elèctrica. Electrotècnia. Telecomunicacions |
| Περιγραφή: | (English) The presence of voltage and current harmonics in electrical installations is a long-standing challenge in the field of power quality, a challenge that remains relevant today due to the continuous increase in nonlinear loads connected to these installations, the growing sensitivity of electrical devices to disturbances, and the need to predict and prevent problems arising from all the above factors. To address this, both standards that evaluate and quantify the tolerable limits of harmonic distortion for the electrical system and the loads connected to it have been developed, as well as various tools based on the formulation and numerical solution of the system of equations posed in harmonic load flow analysis. In addition, procedures to mitigate the harmonic problem have been studied. In this context, the development of the harmonic load flow formulation has always aimed to study the problem using the smallest possible number of equations that still yield correct results, thereby reducing the numerical problems involved in its mathematical solution without sacrificing accuracy. Although this formulation has already been extensively studied, researchers continue to propose improvements to it that allow the aforementioned objectives to be better achieved. Considering all the above, the objectives established in the thesis, which have ultimately been achieved, are: 1.- Development and programming of a new harmonic load flow formulation that improves the convergence properties of current formulations. 2.- Harmonic sensitivity analysis of the four most common types of nonlinear loads in electrical installations (single-phase and three-phase rectifiers with capacitive filters, three-phase 6-pulse rectifiers, and discharge lamps), and incorporation of the results into the new formulation. 3.- Validation of the new formulation against those existing in the literature using a 3-bus academic network and an IEEE 14-bus network expanded to 23 buses. 4.- Study of the harmonic cancellation phenomenon using the new formulation and the IEEE 14-bus network expanded to 23 buses. The following methodology was employed to achieve these goals: In the first part of the thesis, the state of the art of existing harmonic load flow formulations found in the literature was analysed, along with the treatment of variables, equations, and the problems they present. Then, the four common types of nonlinear loads in electrical installations were described, along with their modelling and their voltage and current responses to harmonic excitations. Subsequently, the new formulation was presented, including the theoretical foundations it is based on, the calculation stages it is divided into, as well as the data used and the unknowns to be calculated. The harmonic sensitivity analysis of nonlinear loads was also shown, which determines the differentiated treatment each will receive in the new formulation. Next, two application examples were presented to validate the results obtained. The new formulation was applied to two networks of different complexity, analysing the results and comparing them with those obtained using other existing formulations, both with single and aggregated loads. The final part addressed the study of harmonic cancellation in several groups of aggregated nonlinear loads, calculating the harmonic cancellation rate in each case using the new formulation developed. |
| Description (Translated): | (Català) La presència d'harmònics de tensió i intensitat en les instal·lacions elèctriques és un antic desafiament en l'àmbit de la qualitat del subministrament elèctric, desafiament que encara continua sent vigent en l'actualitat a causa del permanent increment de càrregues no lineals connectades a aquestes instal·lacions, a la sensibilitat creixent dels dispositius elèctrics a les pertorbacions, i a la necessitat de poder predir i prevenir els problemes derivats de tot l'anterior. Per a això, s'han desenvolupat tant normatives que avaluen i quantifiquen els límits tolerables de distorsió harmònica per al sistema elèctric i les càrregues connectades a ell, com diverses eines basades en la formulació i resolució numèrica del sistema d'equacions plantejat en el flux harmònic de càrregues, a més d'estudiar-se procediments per a mitigar el problema harmònic. En aquest context, el desenvolupament de la formulació del flux harmònic de càrregues sempre ha perseguit l'estudi del problema amb el menor nombre d'equacions possible que proporcioni resultats correctes, aconseguint així reduir els problemes numèrics que impliquen la seva resolució matemàtica sense perdre precisió en els resultats. Encara que aquesta formulació ja ha estat extensament estudiada, els investigadors continuen proposant encara aspectes de millora en la mateixa que permetin aconseguir els objectius esmentats anteriorment. Considerant tot l'anterior, els objectius plantejats en la tesi, i que finalment s'han aconseguit, són: 1.- Desenvolupament i programació d'una nova formulació del flux harmònic de càrregues que millora les propietats de convergència de les formulacions actuals. 2.- Anàlisi de la sensibilitat harmònica dels 4 tipus de càrregues no lineals més habituals en les instal·lacions elèctriques (rectificadors monofàsics i trifàsics amb filtre capacitiu, rectificadors trifàsics de 6 polsos i làmpades de descàrrega) i incorporació dels resultats a la nova formulació. 3.- Validació de la nova formulació amb les existents en la literatura utilitzant una xarxa acadèmica de 3 busos i una xarxa IEEE 14 busos ampliada a 23 busos. 4.- Estudi del fenomen de la cancel·lació harmònica utilitzant la nova formulació i la xarxa IEEE 14 busos ampliada a 23 busos. Per a la seva consecució s'ha seguit la següent metodologia: En la primera part de la tesi s'han analitzat l'estat de l'art de les formulacions del flux harmònic de càrregues existents en la literatura, el tractament que es dona a les variables, les seves equacions i els problemes que presenten. Seguidament s'ha passat a descriure els 4 tipus de càrregues no lineals habituals en les instal·lacions elèctriques, la seva modelització i la seva resposta en tensió i intensitat davant excitacions harmòniques. Posteriorment s'ha presentat la nova formulació, els fonaments en què es basa, les etapes de càlcul en què es divideix, així com les dades utilitzades i les incògnites que ha de calcular. També s'ha mostrat l'anàlisi de sensibilitat harmònica de les càrregues no lineals, la qual determinarà el tractament diferenciat que es farà a cadascuna d'elles en la nova formulació. A continuació, s'han mostrat dos exemples d'aplicació que validen els resultats obtinguts. S'ha aplicat la nova formulació a 2 xarxes de distinta complexitat, analitzant els resultats i comparant-los amb els quals s'obtindrien a partir d'altres formulacions ja existents, tant amb càrregues úniques com agregades. La part final ha abordat l'estudi de la cancel·lació harmònica en diversos grups de càrregues no lineals agregades, calculant la taxa de cancel·lació harmònica en cada cas a partir de la nova formulació desenvolupada. (Español) La presencia de armónicos de tensión e intensidad en las instalaciones eléctricas es un antiguo desafío en el ámbito de la calidad del suministro eléctrico, desafío que todavía sigue siendo vigente en la actualidad debido al permanente incremento de cargas no lineales conectadas a dichas instalaciones, a la sensibilidad creciente de los dispositivos eléctricos a las perturbaciones, y a la necesidad de poder predecir y prevenir los problemas derivados de todo lo anterior. Para ello, se han desarrollado tanto normativas que evalúan y cuantifican los límites tolerables de distorsión armónica para el sistema eléctrico y las cargas conectadas a él, como diversas herramientas basadas en la formulación y resolución numérica del sistema de ecuaciones planteado en el flujo armónico de cargas, además de estudiarse procedimientos para mitigar el problema armónico. En este contexto, el desarrollo de la formulación del flujo armónico de cargas siempre ha perseguido el estudio del problema con el menor número de ecuaciones posible que proporcione resultados correctos, logrando así reducir los problemas numéricos que implican su resolución matemática sin perder precisión en los resultados. Aunque dicha formulación ya ha sido extensamente estudiada, los investigadores siguen proponiendo todavía aspectos de mejora en la misma que permitan alcanzar los objetivos mencionados anteriormente. Considerando todo lo anterior, los objetivos planteados en la tesis, y que finalmente se han alcanzado, son: 1.- Desarrollo y programación de una nueva formulación del flujo armónico de cargas que mejora las propiedades de convergencia de las formulaciones actuales. 2.- Análisis de la sensibilidad armónica de los 4 tipos de cargas no lineales más habituales en las instalaciones eléctricas (rectificadores monofásicos y trifásicos con filtro capacitivo, rectificadores trifásicos de 6 pulsos y lámparas de descarga) e incorporación de los resultados a la nueva formulación. 3.- Validación de la nueva formulación con las existentes en la literatura utilizando una red académica de 3 buses y una red IEEE 14 buses ampliada a 23 buses. 4.- Estudio del fenómeno de la cancelación armónica utilizando la nueva formulación y la red IEEE 14 buses ampliada a 23 buses. Para su consecución se ha seguido la siguiente metodología: En la primera parte de la tesis se han analizado el estado del arte de las formulaciones del flujo armónico de cargas existentes en la literatura, el tratamiento que se da a las variables, sus ecuaciones y los problemas que presentan. Seguidamente se ha pasado a describir los 4 tipos de cargas no lineales habituales en las instalaciones eléctricas, su modelización y su respuesta en tensión e intensidad ante excitaciones armónicas. Posteriormente se ha presentado la nueva formulación, los fundamentos en que se basa, las etapas de cálculo en que se divide, así como los datos utilizados y las incógnitas que tiene que calcular. También se ha mostrado el análisis de sensibilidad armónica de las cargas no lineales, el cual determinará el tratamiento diferenciado que se hará a cada una de ellas en la nueva formulación. A continuación, se han mostrado dos ejemplos de aplicación que validan los resultados obtenidos. Se ha aplicado la nueva formulación a 2 redes de distinta complejidad, analizando los resultados y comparándolos con los que se obtendrían a partir de otras formulaciones ya existentes, tanto con cargas únicas como agregadas. La parte final ha abordado el estudio de la cancelación armónica en varios grupos de cargas no lineales agregadas, calculando la tasa de cancelación armónica en cada caso a partir de la nueva formulación desarrollada. DOCTORAT EN ENGINYERIA ELÈCTRICA (Pla 2012) |
| Τύπος εγγράφου: | Dissertation/Thesis |
| Περιγραφή αρχείου: | application/pdf |
| Γλώσσα: | Spanish; Castilian |
| DOI: | 10.5821/dissertation-2117-452438 |
| Σύνδεσμος πρόσβασης: | http://hdl.handle.net/10803/696554 https://dx.doi.org/10.5821/dissertation-2117-452438 |
| Rights: | L'accés als continguts d'aquesta tesi queda condicionat a l'acceptació de les condicions d'ús establertes per la següent llicència Creative Commons: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ |
| Αριθμός Καταχώρησης: | edstdx.10803.696554 |
| Βάση Δεδομένων: | TDX |
| DOI: | 10.5821/dissertation-2117-452438 |
|---|