DISEÑO DE UN MEDIDOR DE FLICKER VIRTUAL SEGÚN ESPECIFICACIONES DE IEC 61000-4-15.
23
GISEP DISEÑO DE UN MEDIDOR DE FLICKER VIRTUAL SEGÚN ESPECIFICACIONES DE IEC 61000-4-15 Ing. Ulises Manassero
-
Upload
lolita-cambron -
Category
Documents
-
view
21 -
download
3
Transcript of DISEÑO DE UN MEDIDOR DE FLICKER VIRTUAL SEGÚN ESPECIFICACIONES DE IEC 61000-4-15.
0 2 4 6 8 10
12 14
-150
-100
-50
0
50
100
150
t [ms]
GISEP
DISEÑO DE UN MEDIDOR DE FLICKER VIRTUAL SEGÚN ESPECIFICACIONES DE IEC 61000-4-15
Ing. Ulises Manassero
0 2 4 6 8 10
12 14
-150
-100
-50
0
50
100
150
t [ms]
GISEP
Desarrollo de un modelo de flickermeter a partir de la aplicación de la norma IEC 61000-4-15, con el objeto de realizar estudios de impacto en la calidad de energía ante la incorporación de grandes cargas polucionantes en la red y/o modificaciones en la configuración de los sistemas de potencia.
OBJETIVO GENERAL
0 2 4 6 8 10
12 14
-150
-100
-50
0
50
100
150
t [ms]
GISEP
Calidad del servicio técnico Frecuencia y duración de las
interrupciones
Calidad del producto técnico Nivel de tensión Perturbaciones (armónicos y flicker)
Calidad del servicio comercial Tiempos de respuesta para conectar
nuevos usuarios. Emisión de facturación estimada. Reclamos por errores de facturación. Restablecimiento del suministro
suspendido.
LA CALIDAD DE ENERGÍA EN NUESTRO PAÍS
0 2 4 6 8 10
12 14
-150
-100
-50
0
50
100
150
t [ms]
GISEP
Son variaciones sistemáticas de la envolvente de la tensión o una serie de cambios aleatorios del voltaje, donde la magnitud de los mismos normalmente no excede un rango de 0,9 a 1,1[pu].
FLUCTUACIONES DE TENSIÓN
Fluctuación de tensión senoidal, con frecuencia de flicker de 6 [Hz]
t)sen(tm1Uu(t) 0max ω
m[t]: Función que modula la amplitud. ωo: Pulsación angular de la red.
Se incluyen entre los mayores problemas de regulación de tensión.
Su mayor problema se presenta en el flicker desarrollado en las cargas de iluminación, donde la intensidad luminosa de las lámparas varía con frecuencias comprendidas entre 1 y 10 [Hz].
0 2 4 6 8 10
12 14
-150
-100
-50
0
50
100
150
t [ms]
GISEP
“Impresión subjetiva de la fluctuación luminosa”.
Es la consecuencia de las variaciones de tensión en las lámparas, que son percibidas por el ojo humano como un efecto de parpadeo.
La forma en que los equipos de alumbrado afectan a los usuarios, depende de:
El sistema de iluminación La naturaleza de la perturbación La sensibilidad del propio observador
El fenómeno depende de: la frecuencia de flicker la amplitud de la fluctuación de tensión la duración de las variaciones de tensión
FLICKER
0 2 4 6 8 10
12 14
-150
-100
-50
0
50
100
150
t [ms]
GISEP
Equipos eléctricos cuyo funcionamiento necesita importantes variaciones cíclicas de intensidad, que al recorrer la impedancia de la red, provocan variaciones de tensión.
Horno de arco
Equipos de soldadura eléctrica
Turbinas eólicas
Reguladores de potencia con tiristores
CARGAS ELÉCTRICAS QUE ORIGINAN LAS FLUCTUACIUONES DE TENSIÓN
0 2 4 6 8 10
12 14
-150
-100
-50
0
50
100
150
t [ms]
GISEP
Fluctuación de la tensión a partir de variaciones periódicas y/o rápidas o bruscas.
Mal funcionamiento del sistema de iluminación
Subarmónicos e interarmónicos.
FACTORES ELÉCTRICOS QUE CONTRIBUYEN EN LA GENERACIÓN DE FLICKER
0 2 4 6 8 10
12 14
-150
-100
-50
0
50
100
150
t [ms]
GISEP
Rango normal de percepción del fenómeno, para frecuencias de flicker de 0,5 hasta 25 [Hz].
La mayor sensibilidad se percibe a una frecuencia de 8 a 9[Hz].
CARACTERÍSTICAS DE LA PERCEPCIÓN
0 2 4 6 8 10
12 14
-150
-100
-50
0
50
100
150
t [ms]
GISEP
Los medidores de Flicker permiten conocer el nivel de molestia que percibiría un observador en el punto de la red determinado. Para ello, se emplea un algoritmo que traduce las fluctuaciones de tensión en ese punto, en los niveles de molestia equivalentes que serían percibidos por el sistema ojo-cerebro del observador.
MÉTODOS DE MEDICIÓN DE FLICKER
0 2 4 6 8 10
12 14
-150
-100
-50
0
50
100
150
t [ms]
GISEP
Independiente del tipo de fluctuación (periódica, súbita, senoidal).
Aplicable para indicar el valor instantáneo de flicker (“sensación”).
Permite medición de largos períodos de tiempo.
Mide variaciones regulares e irregulares de tensión en un rango de frecuencias de 1 a 35[Hz] en sistemas de 50[Hz].
Da resultados numéricos simples que pueden ser comparados con los valores límites admisibles.
Incorpora las curvas representativas de la respuesta del ojo humano a las variaciones de la luz producidas en una lámpara incandescente de 60[W], 50[Hz], 230[V].
MÉTODO DEL FLICKERMETER DEL IEC
0 2 4 6 8 10
12 14
-150
-100
-50
0
50
100
150
t [ms]
GISEP
DESCRIPCIÓN DEL ESQUEMA FUNCIONAL DEL FLICKERMETER
Filtrado y ponderación
Demodulación de la onda de entrada
Clasificador estadístico
Demodulación y normalización de la señal de entrada
Filtrado del espectro de frecuencias de flicker
Ponderación de la señal fluctuanteMultiplicador CuadráticoFiltro promediador
0 2 4 6 8 10
12 14
-150
-100
-50
0
50
100
150
t [ms]
GISEP
Cuantifica la irritación del ojo humano debido a la estimulación del flicker.
Severidad de Flicker corto (Pst): Período de 10 minutosEs una cuantificación estadística de la IFL que deriva de
un análisis en el tiempo (los porcentajes de tiempo durante los cuales se exceden determinados niveles de IFL) que incluye la ponderación de la frecuencia de fluctuación y la persistencia del fenómeno.
Severidad de Flicker largo (Plt). Período de 2 horaSe usa en el estudio de la influencia de varios equipos
perturbadores de la red, que además pueden operar de forma aleatoria y con ciclos de trabajo largos.
EL CLASIFICADOR ESTADÍSTICO
50S5010S103S31S10,10,1 PKPKPKPKPKPst
3
Pst
N
1i
3i
N
PstPlt
Pst
0 2 4 6 8 10
12 14
-150
-100
-50
0
50
100
150
t [ms]
GISEP
VARIABLES DE ENTRADA Y SALIDA
Datos de entrada: Frecuencia de muestreo Período de observación del Pst Período de observación del Plt
Resultados Valores de Pst y Plt
Histogramas de probabilidad de frecuencias distribuidas y acumuladas del clasificador estadístico, según los niveles de sensación.
0 2 4 6 8 10
12 14
-150
-100
-50
0
50
100
150
t [ms]
GISEP
Normativa de aplicación IEC 61000-4-15 “Medidor de flicker: Especificaciones
funcionales y de diseño”. Software utilizado para la construcción Matlab 7.5 (R2007b), en particular, el módulo de Simulink.
Con el modelo del flickermeter, construido en el entorno Simulink, se llevaron a cabo sucesivas corridas con el objeto de: Experimentar con diferentes tipos de señales de entradas. Analizar la respuesta en el sistema de diferentes modelos
de filtros. Encontrar el valor de ganancia más adecuado para
implementar en el medidor. Analizar los resultados de diferentes tipos de modelos de
flickermeters. Depurar errores debidos al tipo de respuesta del medidor,
oscilaciones numéricas, ruido, performance de los filtros, etc.
NORMATIVA Y SOFTWARE UTILIZADO PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL FLICKERMETER VIRTUAL
0 2 4 6 8 10
12 14
-150
-100
-50
0
50
100
150
t [ms]
GISEP
La respuesta analógica global, desde la entrada a la salida del bloque E, para fluctuaciones de tensión rectangulares y sinusoidales, debe dar un IFL=1 (umbral de perceptibilidad humana de flicker de referencia).
La Precisión del instrumento es aceptable si los valores de IFL están dentro del 5% de error
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0,51
1,52
2,53
3,54
4,55
5,56
6,57
7,58
8,8 9,5 1010
,5 1111
,5 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
Fluctuación de Tensión [%]
Frecuencia de Flicker [Hz]
Rectangular [%]
Sinusoidal [%]
RESPUESTA ANALÓGICA DEL FLICKERMETER
0 2 4 6 8 10
12 14
-150
-100
-50
0
50
100
150
t [ms]
GISEP
De un total de 49 puntos a evaluar , solo un punto de verificación presenta un error del 7,5%, mayor al 5% tolerado.
El error promedio de la respuesta analógica del medidor es de tan solo 1,65% para fluctuaciones sinusoidales y de 1,22% para las rectangulares
El medidor de flicker tiene una precisión aceptable en el 98%, de su espectro de frecuencia de trabajo.
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5 8,8 10,0 11,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 22,0 24,0
Erro
r [%
]
Frecuencia de Flicker [Hz]
Rectangular
Sinusoidal
Error Máximo Admisible
RESPUESTA ANALÓGICA DEL FLICKERMETER
0 2 4 6 8 10
12 14
-150
-100
-50
0
50
100
150
t [ms]
GISEP
La IEC 61000-4-15 especifica un conjunto de valores de variaciones de tensión y sus fluctuaciones respectivas –todas de tipo rectangular-, a utilizar como señal entrada del equipo para luego calcular el Pst.
Estas variaciones de tensión, deben dar como resultado un Pst=1, pues representan el límite de irritación del efecto de parpadeo por el ojo humano, o sea el límite máximo admisible de polución de flicker.
VALIDACIÓN DEL CLASIFICADOR DEL FLICKERMETER
0 2 4 6 8 10
12 14
-150
-100
-50
0
50
100
150
t [ms]
GISEP
La verificación del funcionamiento del clasificador se realizó en dos etapas:
1. Cálculo del Pst para diferentes tasas de repetición, siendo el error máximo admitido por la norma del 5%.
2. Determinación del margen de magnitud de las variaciones de tensión para los cuales el Pst presenta una precisión del 5% o mejor.
VALIDACIÓN DEL CLASIFICADOR DEL FLICKERMETER
0 2 4 6 8 10
12 14
-150
-100
-50
0
50
100
150
t [ms]
GISEP
Los valores de Pst calculados permiten concluir que el medidor cumple satisfactoriamente la verificación estipulada en la norma.
El error máximo es del 1,8%, mientras que el error promedio de todas las mediciones es de 1,05%.
0
1
2
3
4
5
6
1 2 7 39 110 1620
Error deMedición
[%]
Variaciones por Minuto
Error Máximo Admisible
VALIDACIÓN DEL CLASIFICADOR DEL FLICKERMETER
0 2 4 6 8 10
12 14
-150
-100
-50
0
50
100
150
t [ms]
GISEP
Para cada fluctuación amplificada (ó atenuada) se calculó el Pst, y se determinó el margen de magnitud de fluctuaciones de tensión de trabajo.
Casi la totalidad de las frecuencias de repetición, presentan sus mayores errores para factores de amplificación de 0,25.
El clasificador del flickermeter tiene un margen de magnitud de fluctuaciones de tensión aceptable en el rango definido por un valor mínimo de 0,52% y uno máximo del 10%.
VALIDACIÓN DEL CLASIFICADOR DEL FLICKERMETER
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0,25 0,5 2 3
Error [%]
Factores de Amplificación de las Flutuaciones de Tensión
1620
110
39
7
2
1
Error Máximo Admisible
Variaciones por Minuto
0 2 4 6 8 10
12 14
-150
-100
-50
0
50
100
150
t [ms]
GISEP
El flickermeter diseñado es confiable dado que cumple todas las especificaciones funcionales y de diseño establecidas en la norma IEC 61000-15-4”.
Su respuesta analógica cumple en un 98% del espectro de frecuencias de trabajo, con un error promedio del 1,44%.
Se ajusta a los valores máximos de error admitidos, con un error promedio de 1,05%.
Constituye una herramienta de gran utilidad para el perfeccionamiento del análisis de las perturbaciones que aparecen en los sistemas eléctricos.
Aplicación concreta en empresas distribuidoras de energía y organismos de control de la calidad de energía de la red.
CONCLUSIONES
0 2 4 6 8 10
12 14
-150
-100
-50
0
50
100
150
t [ms]
GISEP
En los últimos años el avance en la promoción de la eficiencia energética a nivel residencial ha sido significativo, principalmente por el reemplazo de las lámparas de filamento incandescentes por aquellas de descarga de bajo consumo.
Las resoluciones y normas vigentes describen los bloques funcionales del flickermeter con relación a la lámpara de filamento.
Se recomienda entonces:1. Ampliar las prestaciones del medidor, de modo que pueda
medir la respuesta ante fluctuaciones de tensión en otros tipos de lámparas diferentes a las incandescentes.
2. Analizar la respuesta del flickermeter ante fluctuaciones de tensión originados por interarmónicos y subarmónicos, que son fenómenos que afectan principalmente a las lámparas de descarga gaseosa.
RECOMENDACIONES
0 2 4 6 8 10
12 14
-150
-100
-50
0
50
100
150
t [ms]
GISEP
PREGUNTAS
