Implementación de un sistema de monitoreo de consumo y calidad de la energía eléctrica en un inversor monofásico multinivel

Abstract

Una de las fuentes principales de energía en nuestro planeta es actualmente la energía eléctrica. La electricidad se ha vuelto fundamental para el desarrollo industrial del mundo y se ha convertido en parte importante del desarrollo social. La principal fuente de energía utilizada a nivel mundial para la generación de electricidad son los hidrocarburos, los cuales suelen ser petróleo, carbón y gas natural, sin embargo, estos hidrocarburos son generadores de gases de efecto invernadero, ya que al ser quemados, emiten a la atmósfera lo que contribuye al cambio climático por lo que el uso eficiente de la energía eléctrica se vuelve cada vez más esencial. Los sistemas de energía están diseñados para operar a frecuencias de 50 ó 60 Hz. Sin embargo, ciertos tipos de cargas producen corrientes y tensiones con frecuencias que son múltiplos enteros de la frecuencia fundamental. Estas frecuencias más altas son una forma de contaminación eléctrica conocida como distorsión armónica del sistema de potencia. Las fuentes más comunes de los armónicos son las cargas no lineales como las cargas electrónicas, tales como variadores de velocidad y fuentes de alimentación conmutadas debido a que estas cargas utilizan diodos rectificadores controlados, transistores de potencia y otros interruptores electrónicos para cortar formas de onda para controlar la potencia. El grado en que los armónicos se pueden tolerar está determinado por la susceptibilidad de la carga, la existencia de armónicos trae consigo diversos problemas como el sobrecalentamiento de los conductores, disminución del factor de potencia, deterioro o destrucción de bancos de capacitores, deterioro de la forma de onda de la tensión, y consiguiente malfuncionamiento de los aparatos eléctricos. La IEEE Std 519 recomienda fijar los límites de THD en un 5% en voltaje y de igual forma recomienda para xiii cualquier armónico simple una distorsión menor al 3% ya que al mantener bajos valores de THD en un sistema garantizará el funcionamiento adecuado y una vida más larga de los equipos. El sistema propuesto posee la capacidad de medir la potencia activa, reactiva y aparente así como el factor de potencia y la distorsión armónica tanto de las formas de onda de voltaje y corriente mediante la implementación de un microcontrolador PIC 16F877A, el cual trasmitirá los datos de forma inalámbrica mediante la utilización de módulos XBee desde el sitio de medición hasta el ordenador, permitiendo al usuario llevar un registro mediante una interface gráfica de usuario desarrollada en MATLAB lo que hará posible tomar las medidas necesarias para corregir el factor de potencia y mejorar la calidad de la energía eléctrica para así volver más eficiente el uso de esta.