Ingeniare: Revista Chilena de Ingeniería (Jun 2011)
Simulación de sistemas eléctricos con cargas no lineales y variantes en el tiempo Simulation of electric systems with non-linear and time-variant loads
Abstract
En este artículo se propone una metodología, implementada en un programa de computador por medio de una interfase gráfica con el usuario (GUI), que permite simular redes eléctricas con elementos no lineales (principalmente convertidores de potencia), tanto en el dominio del tiempo como en el dominio de la frecuencia. El método propuesto combina dos tipos de análisis en una herramienta flexible, de forma que se puedan aprovechar las ventajas de cada uno de ellos, y que permita analizar sistemas lineales y no lineales en el dominio del tiempo, sistemas lineales en el dominio de la frecuencia y sistemas mixtos utilizando este método híbrido. La herramienta es un instrumento de cálculo versátil y completo que puede ser usado de una manera sencilla, para los estudios de análisis de propagación de armónicos en las redes eléctricas. Se presentan ejemplos extraídos de la bibliografía utilizada en cursos de sistemas de potencia, circuitos eléctricos y electrónica de potencia, así como sistemas de prueba para análisis de cargas no lineales o variantes en el tiempo, generados como marco de referencia para las simulaciones de armónicos. Se analizan los resultados y se hacen observaciones acerca de las características de convergencia y estabilidad algorítmica del método propuesto. Dada la complejidad y carga computacional del análisis del método híbrido propuesto, se han seleccionado modelos de elementos, modelos de los componentes del sistema y algoritmos apropiados, para que la solución del problema se realice dentro de límites razonables de tiempo de simulación y consumo de recursos del equipo de cómputo.This paper deals with a methodology implemented in a computer program with a Graphic User Interface (GUI) that allows us to simulate electrical networks (mainly power converters) with non linear elements. The proposed approach mixes two analysis types in a flexible tool, in that way, we can take advantage of the features of each of them and it permits to analyze linear and non linear systems in the time domain, linear systems in the frequency domain and mixed systems using the proposed hybrid method. The tool is intended to be a versatile and comprehensive computation instrument. Besides, it can be used in a straightforward way to analyze harmonic propagation in electrical networks. Examples from the literature used in electrical circuits, power systems, and power electronics courses are shown. Likewise, in order to analyze non-linear or time-varying loads, test systems were created as a benchmark for testing simulators of harmonics in electrical systems. Simulation results are analyzed and observations about the convergence features and algorithm stability of the proposed method are given. Due to the complexity and computational burden of hybrid analysis, we have selected element models, system models and suitable algorithms to guarantee that the solution is reasonable in terms of simulation time and computer resources.
