Análisis y simulación de PMUs

Abstract

En este trabajo de fin de grado se realiza un estudio y análisis de los sistemas de medición de fasores, necesarios para el control y supervisión de las redes eléctricas. En concreto, el trabajo se centra las unidades PMU (Unidad de Medida de Fasores), y dos de sus algoritmos de implementación: el modelo por DFT (Transformada discreta de Fourier), el más comúnmente utilizado, y el modelo basado en PLL (Lazo de Seguimiento de Fase). Introductoriamente, se define lo que es un sincrofasor. Se presenta el esquema de las unidades de medición, y todo el sistema en el que se engloban. Se incluye una breve presentación del estándar que rige dichos sistemas. El primer método estudiado es el de la DFT, que se explica empleando como punto de partida las series de Fourier, su transformada, y analizando su funcionamiento de una manera concisa. A continuación, se plantean los distintos algoritmos de medida de fasores mediante DFT, junto con las adaptaciones ante distintos tipos de perturbaciones en una señal de entrada. Finalmente se muestra un modelo de implementación del algoritmo según lo planteado. Seguidamente se estudia el método basado en PLL, explicando primero los fundamentos de un PLL, para seguidamente introducir el concepto del EPLL, modelo que se usará para las simulaciones posteriores. De este modelo se analiza su linealidad, el ajuste de los parámetros internos de forma teórica para conseguir los mejores resultados, y las diferentes extensiones que se deben añadir para, al igual que con DFT, adaptar el algoritmo a los diferentes tipos de perturbaciones que se pueden presentar en la señal entrante. Por último, se realizan simulaciones con el software MATLAB-SIMULINK, primero paso a paso para los diferentes ajustes de parámetros y extensiones explicados, comprobando el buen funcionamiento ante diferentes tipos de entrada, y finalmente, poniendo todo en conjunto y planteando un modelo final, al que se le realizan distintas pruebas, analizando su rendimiento.

In this degree final Project, a study and analysis of the phasor measurement systems is done, for its utility in the control and supervision of the power grids. In particular, the project focuses on the PMU (Phasor Measurement Unit), and two of the algorithms used on it: DFT (Discrete Fourier Transform) model, most commonly used, and a PLL (Phase Locked Loop) based model. As an introduction, the concept of syncrophasor is defined. A scheme of the measurement units is presented, and the whole system in which they are englobed. A brief submission of the standard that rule those systems. The first method studied is the DFT one, which is explained with the Fourier series as starting point, its transform, and analyzing its performance in a concise way. Hereafter, distinct algorithms of phasor measurement by DFT are presented, with the adaptions against different disturbances in an input signal. Finally, an algorithm implementation model is shown, as it has been raised. Next, the PLL based method is studied, explaining first the fundaments of a PLL, and then introducing the concept of EPLL, model to be used in the further simulations. The linearity of this model is analyzed, its internal parameters adjust in a theoretical way in order to get the best results, and the different modifications to be added for, as in the DFT method, adapt the algorithm to the disturbances that could appear in the input signal. Lastly, several simulations are realized with the MATLAB-SIMULINK software, firstly step by step for all the parameters and modifications explained before, checking the good behavior against different kinds of input, and finally, putting all together and raising a final model. A varied set of proofs are made over this last model, analyzing its throughput.