Evaluación práctica de inyección de señales de modo común óptimas para convertidores multicelda en cascada en condiciones degradadas

Abstract

Esta tesis aborda el desafío de la operación de los convertidores multicelda en cascada (CMC) en condiciones degradadas, un problema relevante en aplicaciones de alta potencia como energías renovables, vehículos eléctricos e industria. Aunque estos convertidores son eficientes y versátiles, pueden experimentar fallas en sus celdas, lo que afecta la calidad de la energía y la continuidad operativa del sistema. En este contexto, la tesis se enfoca en la optimización de la inyección de voltaje de modo común para mejorar el desempeño del CMC, incluso en presencia de condición degradada. Como solución, se propone e implementa una estrategia de control óptimo basada en la inyección de señales de modo común v0, diseñadas para mantener la operación del con vertidor a pesar de las fallas. Se evalúan dos funciones objetivo: la minimización del valor RMS de v0 y la minimización de sus componentes armónicas (v0hrms), ambas sometidas a restricciones operativas del sistema. Para resolver el modelo, se utiliza el entorno AMPL con discretización numérica, alidando los resultados mediante simulaciones en MATLAB/SIMULINK y pruebas experimentales en un banco de pruebas real con un convertidor CMC de 4 celdas por fase. En cuanto a la metodología, se compararon los resultados en términos de THD, WTHD y la potencia suministrada a la carga en escenarios tanto de optimización como en condiciones degradadas. Se analizaron varios casos con celdas defectuosas, considerando más de una celda afectada por fase. Además, se aplicó la modulación para inyectar la tensión de modo común en cada fase, lo que modificó la forma de onda de la tensión de salida, pero permitió obtener corrientes balanceadas y simétricas. Los resultados obtenidos demuestran que la estrategia de optimización mejora la calidad de la señal y la eficiencia del convertidor, aunque conlleva un aumento en la tensión de modo común(...).