Estimación en línea de frecuencia y contenido armónico en señales monofásicas de corriente alterna

Abstract

In this thesis presents a novel methodology for estimating the frequency and harmonic content of a distorted alternating current (AC) electrical signal. The main characteristics of the signal considered are: that the frequency value, as well as the harmonic content, in both cases are unknown and time-varying, and that the signal is contaminated with Gaussian noise. The proposed algorithm, a nonlinear estimator, bases its operation on the sliding modes method due to its robustness and fast convergence characteristics. Through numerical tests, the effectiveness of the estimator is demonstrated, verifying its operation through four case studies. A Laboratory experiment is also developed for an AC signal with a constant frequency value, laying the foundation for the experimentation. Applications are proposed for the estimator in power electronics circuits, where it is used to interconnect an inverter with an electrical circuit that emulates an infinite bus electrical network, this circuit can have a time-varying frequency value; Another application is power quality analysis, where considering the value of the time-varying frequency, the estimator obtains the harmonic content of distorted signals and their respective effective value.

En esta tesis se presenta una metodología novedosa para la estimación de frecuencia y contenido armónico de una señal eléctrica distorsionada de corriente alterna (CA). Las principales características de la señal considerada son: que el valor de la frecuencia, así como el contenido armónico, en ambos casos son desconocidos y variantes en el tiempo, además que la señal está contaminada con ruido Gaussiano. Se propone un estimador no lineal para la determinación de sus características, cuya convergencia se basa en la técnica de modos deslizantes, debido a su buen desempeño en términos de robustez y rápida convergencia. Mediante pruebas numéricas se demuestra la efectividad del estimador, comprobando su funcionamiento a través de cuatro casos de estudio. También se desarrolla un experimento de Laboratorio para una señal de CA con un valor de frecuencia constante, sentando las bases para la experimentación. Se proponen aplicaciones para el estimador en circuitos de electrónica de potencia, dónde se utiliza para interconectar un inversor con un circuito eléctrico que emula una red eléctrica de bus infinito. Este circuito puede tener un valor de frecuencia variante en el tiempo. Otra aplicación es el análisis de calidad de la energía, donde considerando el valor de la frecuencia variante en el tiempo, el estimador obtiene el contenido armónico de señales distorsionadas y su respectivo valor eficaz.