Algoritmos de análisis multi-resolución para la medida de armónicos y eventos de tensión en sistemas eléctricos

Bruna Romero, Jorge
Melero Estela, Julio Javier (dir.)

Universidad de Zaragoza, 2016

Resumen: En la actualidad, la rápida evolución de la tecnología está motivando un crecimiento exponencial en el uso de cargas no lineales, como fuentes de alimentación conmutadas, iluminación fluorescente o lámparas de bajo consumo. Además, la firme apuesta de las instituciones por el desarrollo de fuentes de generación distribuida, como plantas fotovoltaicas o parques eólicos, está modificando el actual escenario energético hacia redes de distribución y transporte más difíciles de controlar y estimar. Esto conlleva una nueva realidad metrológica, donde los armónicos de tensión y corriente y los eventos de tensión cobran especial relevancia a la hora de cuantificar los parámetros eléctricos tradicionales. Las distorsiones que llegan de estas fuentes de generación renovables son mayores y más difícilmente cuantificables en comparación con aquellas provenientes de grandes centrales de generación. Es por ello que las magnitudes de potencia y energía son más complicadas de medir de forma correcta mediante los métodos tradicionales de análisis de calidad de red. Las herramientas matemáticas recogidas en la actual normativa de calidad de red adolecen de un pésimo comportamiento a la hora de ser aplicadas a determinadas ondas distorsionadas con características fluctuantes. Por tanto, en lo que a métodos matemáticos se refiere, este nuevo paradigma energético demanda algoritmos de medida renovados, en consonancia con las nuevas técnicas de operación del sistema eléctrico. En respuesta a esta situación y durante los últimos años, este problema se ha solucionado parcialmente mediante el empleo de nuevas herramientas de análisis, entre las que destaca la transformada wavelet. En lo relativo a monitorización, multitud de autores han realizado avances en dicha transformada obteniendo resultados prometedores. Por ejemplo, en los últimos años se ha utilizado el análisis multi-resolución (adaptación de la transformada wavelet) en aspectos muy diversos de la ingeniería eléctrica, desde el desarrollo de métodos predictivos hasta el análisis de series temporales no lineales. Tras realizar una exhaustiva revisión del estado del arte en el campo de la medida de armónicos y eventos de tensión, se han detectado varias carencias importantes que motivaron la investigación realizada por el autor en los últimos años. En las siguientes líneas se exponen los hallazgos encontrados, para que de esta manera el lector pueda vislumbrar los aspectos en los que esta tesis hará hincapié complementando dichos puntos "débiles". Aunque las familias wavelet están siendo utilizadas en un sinfín de aplicaciones ingenieriles, sorprendentemente no hay ningún tipo de investigación publicada donde se describa una metodología, clara y objetiva, referente a la selección de dichas familias wavelet. Es cierto que existen gran cantidad de artículos en referencia al uso de la transformada wavelet, pero en ninguno de ellos se explica la razón de utilizar una familia wavelet determinada frente a las demás. Por ejemplo, en varios textos se exponen, de forma superficial, algunos conceptos a tener en cuenta a la hora de seleccionar la familia wavelet, pero centrándose únicamente en las wavelets Daubechies (db1, db4, db24 y db40). Un año más tarde, diversos autores vuelven a utilizar varias de las familias wavelet anteriormente citadas, pero sin justificación técnica alguna. De forma similar ocurre con la medida del contenido armónico mediante la transformada wavelet. Los avances más significativos en esta materia solo incluyen desarrollos con anchos de banda muy limitados, o con obtenciones parciales de los ordenes armónicos impares. Otros autores han orientado su investigación a la medida de parámetros secundarios, de acuerdo a la norma internacional IEEE 1159-2008, como es el caso del THD. En ningún caso de los revisados se presenta un sistema completo de medida de armónicos, como sí que se va a realizar en esta tesis. En referencia a la caracterización de eventos de tensión, sucede de forma parecida a lo observado en los armónicos, encontrando escasos trabajos de investigación, posiblemente frenados por la nula actualización de las normativas vigentes referentes a nuevos métodos de medida. Por ejemplo, en la reciente edición de la norma IEC 61000-4-30 todavía se contemplan los métodos tradicionales de medida de eventos de tensión basados en el cálculo del valor eficaz. Esto deriva en una falta de sensibilidad y precisión de los algoritmos frente a eventos "no ideales", yendo en oposición a lo que realmente se necesita en la actualidad: medidas con una gran precisión temporal. Referente a la selección de la mejor familia wavelet, ocurre igual que en el caso anterior, donde los autores no establecen unas pautas concretas que garanticen la validez del proceso de selección. En este sentido, la presente tesis intenta completar estos "vacíos" detectados, aportando una metodología clara y objetiva a la hora de implementar los nuevos métodos de medida de armónicos y eventos de tensión. De la misma manera, para comprobar la validez de los resultados alcanzados, se llevarán a cabo completas baterías de ensayo donde se simulen condiciones de medida no contempladas hasta el momento.

Pal. clave: análisis armónico ; electricidad ; magnitudes eléctricas y su medida ; construcción de algoritmos

Área de conocimiento: Ingeniería eléctrica

Departamento: Ingeniería Eléctrica

Nota: Presentado: 28 01 2016

Nota: Tesis-Univ. Zaragoza, Ingeniería Eléctrica, 2016