Implementación de esquema de control de un convertidor multicelda en cascada para inyección de energía fotovoltaica a la red en plataforma de control BRAIn, incorporando pruebas en módulo HIL

Abstract

Se realizó un estudio en la Universidad de Talca con el objetivo de determinar una alternativa de modulación para Convertidores Multicelda en Cascada. Este estudio desarrolló una técnica de modulación llamada SHM-MPC (Selective Harmonic Mitigation Model Predictive Control), basada en la modulación SHE (Selective Harmonic Elimination), SHM (Selective Harmonic Mitigation) y en la técnica FCS-MPC (Finite Control Set Model Predictive Control). Esta técnica de modulación permite tener una baja frecuencia de conmutación, lo cual es favorable para aplicaciones de alta potencia. Además, mediante su forma específica de conmutación permite eliminar componentes de bajo orden. El problema de esta técnica es su alto costo computacional, afectando la calidad de los datos obtenidos en la práctica, haciendo que hasta ahora solo haya podido ser implementada para una celda por fase. En este trabajo lo que se buscó fue implementar este esquema de control desarrollado en una plataforma de control digital llamada BRAIn (Board for Research Academic and Industrial Applications) desarrollada en el Centro Avanzado de Ingeniería Eléctrica y Electrónica (AC3E), mediante la optimización de este esquema. La optimización se realizó mediante un conteo de los ciclos de reloj del software Code Composer, a través del cual se controlaba el DSP de la tarjeta. Además, se implementó un modelo en el FPGA de la plataforma BRAIn que buscó emular un Convertidor Multicelda en Cascada de 3 celdas por fase junto con un modelo de la línea y de la red. Esto permitió transformar la plataforma de forma que se pudiera trabajar en HIL (Hardware in the Loop). El objetivo planteado se logró satisfactoriamente luego de la propuesta de distintas alternativas a las distintas secciones del código, principalmente en las secciones del algoritmo SHE y en el FCS-MPC utilizado para obtener la mejor configuración de conmutacion para el convertidor. La implementación se verificó mediante el módulo HIL mencionado anteriormente a través de una comparación de resultados respecto a una simulación en MATLAB-Simulink. Un punto importante que permitió la implementación fue la actualización de los registros de configuración de la plataforma, lo que permitió un aumento de la frecuencia de reloj del DSP de 300 MHz a 456 MHz.