Medición de variables eléctricas mediante algoritmos basados en filtros digitales

Abstract

Actualmente la medición de las variables eléctricas relacionadas con el consumo de energía ha tomado mayor importancia debido a las afectaciones en las señales de tensión provocadas por las cargas no lineales existentes en el sistema eléctrico. Lo anterior dificulta el proceso de medición, ya que las distorsiones presentes alteran los valores obtenidos por los algoritmos de medición utilizados. Existen diferentes tipos de algoritmos de medición, siendo los más importantes los algoritmos en el dominio del tiempo y en el dominio de la frecuencia. Ambos sufren afectaciones ante oscilaciones en la frecuencia del sistema eléctrico. Tomando en cuenta esta situación, en este trabajo de tesis se propone la implementación de algoritmos de medición basados en filtros digitales. Los algoritmos de medición basados en filtros digitales utilizan dos tipos de filtros: filtros digitales de respuesta finita al impulso (FIR) y filtros digitales de respuesta infinita al impulso (IIR). Se implementan dos filtros FIR independientes, de los cuales el primero tiene la tarea de realizar un desfasamiento de 90° en la señal de tensión (con respecto a la señal de corriente de entrada retrazada un numero M de muestras) y es implementado en la medición de potencia reactiva. El segundo filtro FIR se utiliza en la compensación del ángulo de fase debido la utilización de Transformadores de Corriente (TC). En el caso de los filtros IIR, estos tienen la tarea del filtrado de la señal, teniendo la forma de un filtro pasa altas (FPA) y un filtro pasa bajas (FPB), ambos de tipo Butterworth. Para la obtención de los coeficientes de este tipo de filtros se utiliza el método de la transformación bilineal. La remoción de la componente de corriente directa de las señales adecuadas se realiza mediante un FPA. El procedimiento de medición de valores eficaces utiliza dos FPB para el promediado de los valores. Del mismo modo sucede con el cálculo de la potencia activa donde el FPB realiza el promedio de la potencia instantánea. La medición de la potencia reactiva utiliza la transformada de Hilbert, además de hacer uso también de dos etapas de filtrado utilizando un FPB. Los algoritmos fueron sometidos a prueba en diferentes magnitudes de corriente y tensión, así como también a frecuencias de 60 ±.5 Hz. Las señales de tensión y corriente fueron generadas por una fuente patrón. Los resultados de las mediciones arrojan errores relativos aceptables, en los que se destaca el error de 0.5 % obtenido en la medición de los valores eficaces de tensión y corriente, además del error de 0.5% obtenido en la medición de potencia activa.