RESUMEN
Esta tesis doctoral trata acerca de los sistemas de compensación activos con conexión en paralelo, utilizados para la mejora de la calidad de la potencia y de la eficiencia energética en las redes eléctricas de distribución y en las instalaciones a cuatro hilos. En la presente tesis se desarrolla un nuevo control del filtro o compensador activo de potencia con la capacidad de seleccionar las potencias ineficientes a compensar basado en el IEEE Std 1459-2010.
Algunos términos de potencia definidos en la IEEE Std. 1459-2010 presentan inconsistencias cuando se desarrollan las expresiones propuestas en la norma. Estas inconsistencias son corregidas con un nuevo procedimiento de cálculo que redefine la corriente efectiva (Ie) y el voltaje efectivo (Ve). Con los nuevos valores de Ve e Ie algunas magnitudes de la IEEE Std. 1459-2010 son recalculadas mientras que otras no se modifican.
Se propone el uso de la teoría de la potencia instantánea para explicar los fenómenos que suceden en los sistemas eléctricos. Esta nueva teoría de la potencia eléctrica sirve simultáneamente para medir, cuantificar, y compensar los fenómenos de los sistemas eléctricos, inclusive puede ser usada para determinar las fuentes de distorsión armónica. Mediante el análisis de los flujos de potencia instantáneos se demuestra que la única potencia eficiente de los sistemas eléctricos es la potencia activa fundamental de secuencia positiva (P1+).
En relación con el compensador activo de potencia, se deducen las corrientes que debe inyectar el compensador para la estrategia de compensación global, en la que el SAPC genera todas las corrientes ineficientes que demanda la carga. Estas corrientes están basadas en la norma IEEE Std. 1459-2010 y en la nueva teoría de la potencia instantánea propuesta. Teniendo en cuenta de que los compensadores, como cualquier dispositivo eléctrico o electrónico, tienen límites en su potencia de salida, también se proponen expresiones para las corrientes de compensación en el caso de que el compensador no tenga capacidad suficiente para eliminar todas las potencias ineficientes de la carga (modo de compensación selectiva).
Se establecen criterios de selectividad para la compensación de las potencias ineficientes de la carga. Con estos criterios se optimiza la transferencia de potencia útil de la red de suministro a la carga, se optimiza el uso del compensador, se minimizan las pérdidas y los efectos nocivos en el sistema eléctrico de distribución de potencia, y se reducen los costos de operación de las cargas eléctricas.
Se incluyen resultados de simulación y experimentales del sistema de compensación diseñado para todas las estrategias de compensación propuestas. Los resultados demuestran el buen funcionamiento del compensador selectivo propuesto, el cual logra la mejora de la calidad de la potencia eléctrica. Finalmente se incluyen las conclusiones, aportaciones, líneas de trabajo futuro y las publicaciones derivadas de los resultados de investigación de la tesis doctoral.