CONTROL PREDICTIVO DEL VOLTAJE DC-LINK EN UNA RED CONECTADO A UN RECTIFICADOR DE FRENTE ACTIVO (AFE)

Abstract

El convertidor modular multinivel tiene varias características interesantes, dentrode las cuales se puede mencionar una estructura modular, la operación sinnecesidad de transformadores, la facilidad de escalamiento en términos de tensióny corriente, bajo costo por redundancias y la posibilidad de operación bajo falla, lautilización de componentes estándar y una excelente calidad de las formas de ondasde tensión generadas. Estas características han generado un creciente interés de partede la industria y la academia, en donde se han desarrollado nuevas configuraciones,modelos del convertidor, esquemas de control y estrategias de modulación. Enesta tesis se desarrolla un modelo desacoplado de las corrientes del convertidor,el cual permite un análisis simple de las distintas componentes de corriente quecaracterizan el funcionamiento del convertidor. Con este modelo, se simplifica eldiseño e implementación de los controladores de corriente. Por otra parte, en estatesis se muestran tres propuestas para lograr el balance de los condensadores, quees un objetivo crucial para obtener un funcionamiento adecuado del convertidor.Finalmente, como trabajo anexo se analizan dos nuevas topologías propuestaspara las celdas de potencia. La primera basada en celdas fuente de corriente consemiconductores del tipo IGCT, lo cual permite un incremento en los niveles depotencia que pueden operar el sistema, con respecto a las celdas basadas en IGBTs. Enla segunda celda con topología tipo 3L-FC, la cual se analiza el uso de configuracionesmultinivel en las celdas de potencia y se implementa una estrategia de control quepermite el balance de los dos condensadores de cada celda.Modular multilevel converters have several attractive features such as amodular structure, the capability of transformerless operation, easy scalabilityin terms of voltage and current, low expense for redundancy and fault tolerantoperation, utilization of standard components and excellent quality of the outputwaveforms. These features have increased the interest of the industry and research inthis topology, resulting in the development of new circuit con gurations, convertermodels, control schemes and modulation strategies. In this thesis, a decoupled modelfor the currents in the converter is developed, which can simplify the analysis ofthe di erent components of current that de ne the converter operation. This modelfacilitates the dynamical analysis of currents and the design and implementation ofcurrent controllers. On the other hand, the capacitor voltage balance of each cell of theconverter is a crucial part in order to obtain an adequate operation of the converter.In this thesis three strategies to reach this control objective are developed. As partof an annexed work, two new power converter topologies are analysed for the powercell. The rst one is based on current source cells with IGCT semiconductors, whichallows the increase of the power ratings, compared with power cells based on IGBTs.The second power cell is based on 3L-FC topology, in which the use of multilevelconverters in the power cell topology and a control strategy is implemented, in orderto balance the internal capacitor for each cell.