CONTROL Y MINIMIZACIÓN DEL RIPPLE DE VOLTAJE EN CONVERTIDORES MULTINIVEL MODULARES

Abstract

Los convertidores multinivel modulares generan oscilaciones de voltaje enlos condensadores flotantes, lo que aumenta el contenido armónico de las tensiones y corrientes de rama y, en consecuencia, las pérdidas y puede degradar el rendimiento del control. Con el fi n de reducir esta oscilación de voltaje, normalmente se emplea una gran capacitancia, pero el tamaño y coste de los submódulos y del convertidor entero se incrementan.En el MMC, todos los submódulos poseen un condensador flotante, cuyo voltajemedio debe ser controlado para lograr generar los niveles de voltaje simétricos a lasalida del convertidor. Debido a la interacción entre las señales de modulación de cada submódulo y las corrientes de rama, se produce una oscilación o ripple de voltaje en el condensador flotante, aumentando las pérdidas y la distorsión de las corrientes y voltajes del convertidor y reduciendo el desempeño del control.En esta tesis el ripple de voltaje es analizado usando una aproximación de potenciasdesacopladas y los componentes armónicos de la corriente circulante y el voltajede modo común requeridos para minimizarlo son obtenidos. Se diseña un sistema decontrol basado en el análisis del ripple del condensador y resultados de simulaciónque validan el análisis y el diseño del control se mostrará.

Modular multilevel converters generate high voltage ripple in the floatingcapacitors which increases the harmonic content of arm voltages and currentsand consequently the losses and can degrade the control performance. In order toreduce this voltage ripple, a large capacitance is usually employed, but the size andcost of the submodules and the whole converter are increased.In the MMC, all submodules have a floating capacitor, whose voltage must becontrolled to an average value to generate symmetric voltage levels at the output. Due to the interaction between modulation signals and arms currents,a voltage ripple in the floating capacitor is produced, increasing the losses and distortion of arm current and voltage and reducing the control performance.In this tesis the voltage ripple is analyzed using a decoupled power approachand the circulating current and common-mode voltage required to minimize speci charmonic components of this voltage are obtained. A control design based on the capacitor ripple analysis is proposed and simulation results which validates the analysis and the controller design are shown.