Studio di filtri attivi di potenza per la compensazione di armoniche di corrente = Active power filters for current harmonics reduction

Nei sistemi elettrici, le armoniche rappresentano una fonte di distorsione della tensione o della corrente rispetto alla componente fondamentale; esse sono generate in presenza di carichi non lineari e devono essere limitate il più possibile per il corretto funzionamento degli impianti elettrici. Una linea guida sul massimo livello di distorsione armonica ammissibile in una rete elettrica è presente nella norma IEEE 519-2014 ed è il riferimento a cui tendere quando si vuole diminuire il contenuto armonico nel sistema elettrico. La mitigazione armonica può essere effettuata attraverso sistemi di filtraggio passivi o attivi. Lo stato dell’arte attuale prevede una compensazione attraverso filtri attivi poiché sono più adattabili e presentano minori problematiche rispetto a quelli passivi. Il caso studio presentato nel lavoro di tesi, è stato sviluppato all’interno dell’azienda Cime S.r.l., la quale si occupa della realizzazione, installazione e manutenzione di forni elettrici per le fonderie. In particolare, si sono affrontati problemi armonici nella rete di alimentazione di una fonderia cliente dell’azienda. È stata effettuata una modellazione e simulazione dell’impianto di alimentazione di un forno elettrico fusore attraverso il software di calcolo SIMetrix. Il forno è stato modellizzato come un carico risonante ed alimentato da un doppio ponte raddrizzatore (12 impulsi) che genera armoniche di corrente e di tensione. Dai risultati delle simulazioni è risultata un’elevata distorsione armonica derivante dal tipo di carico presente nella rete elettrica. È stato quindi sviluppato un sistema per la mitigazione armonica attraverso un filtro attivo denominato front-end converter. Il front-end, connesso in parallelo al raddrizzatore permette di migliorare notevolmente la qualità delle forme d’onda di corrente e tensione, riducendo quindi considerevolmente la presenza di armoniche immesse in rete dal sistema. Il font-end converter genera una corrente armonica capace di compensare quella prodotta dai raddrizzatori, così da diminuire le componenti armoniche che fluiscono verso la rete di alimentazione. Per il controllo del front-end converter sono stati studiati due diversi metodi: un primo metodo, nel dominio della frequenza attraverso l’uso della trasformata di Fourier veloce, ed un secondo metodo, nel dominio del tempo attraverso le trasformazioni in assi d, q delle componenti di corrente. Attraverso le simulazioni si è potuto constatare come l’inserimento del front-end nella rete di alimentazione abbia fatto sì che il sistema presenti un livello di distorsione armonica accettabile.