MULTILEVEL CONVERTERS PERFORMANCE IMPROVEMENTS.

Abstract

Los convertidores multinivel son usados en aplicaciones de media tensión y alta potencia (típicamente sobre lMW), en las que se demanda alto desempeo dinámico y alta calidad de la energía, como lo son los accionamientos de velocidad vari<U+00AC>able. Esta tecnología ha estado en desarrollo durante el último par de décadas, motivado principalmente por el aumento en la demanda de potencia de los procesos industriales. Aunque han encontrado una importante aceptación en la industria, y es de alguna manera considerada una tecnología madura, aun quedan diversos problemas abiertos por resolver. Además, existen desafíos y oportunidades que pueden ser abordadas a medida que los requerimientos y las aplicaciones industriales evolucionan. El objetivo general de este proyecto de doctorado, es contribuir al desarrollo de la tecnología de convertidores multinivel, abordando algunos de estos tópicos para mejorar el desempeo de operación y resolver problemas existentes. Entre los temas específicos que son tratados en este trabajo se encuentran: - Análisis y desarrollo de nuevos métodos de modulación, capaces de reducir la fre<U+00AC>cuencia de conmutación y las pérdidas correspondientes, para mejorar la eficiencia de los convertidores multinivel.. - Desarrollo de estrategias de control con pre-alimentación, para compensar perturba<U+00AC>ciones presentes en los convertidores multinivel, tales como las oscilaciones de baja frecuencia en el enlace DC. - Adaptación de técnicas de control directo de torque para motores de inducción alimentados por convertidores multinivel, con baja oscilación en el torque y reducción en la frecuencia de conmutación. - Construcción de un convertidor multinivel puente H en cascada trifásico como pro<U+00AC>totipo de laboratorio, lo suficientemente flexible para ser alimentado por fuentes independientes iguales o asimétricas, y capaz de generar hasta 81 niveles diferentes de tensión. Las soluciones que se proponen son desarrolladas considerando importantes aspectos de la conversión de potencia, tales como complejidad del control, eficiencia y flujo bidi<U+00AC>reccional de potencia. Se ha puesto especial atención a la topología puente H en cascada alimentada por fuentes asimétricas, en vista de poseer mejor calidad en la tensión de salida, su novedad y problemas abiertos. Adicionalmente, este trabajo contiene una revisión del ac<U+00AC>tual estado del arte sobre convertidores multinivel, y dos capítulos dedicados a las distintas topologías multinivel y métodos de modulación, para introducir conceptos y nomenclatura empleados en esta tesis. Las contribuciones realizadas en este trabajo son avaladas por análisis teórico, simulación y validación experimental.