TÉCNICAS DE MODULACIÓN PARA CONVERTIDORES HÍBRIDOS BASADOS EN CONDENSADORES FLOTANTES
Abstract
Hoy en día existe un amplio desarrollo en las técnicas de control de los convertidores
de potencia trifásicos, las cuales son llevadas a cabo a partir de estrategias como: control
predictivo (MPC: Model Predictive Control) o de modulación por ancho de pulso (PWM:
Pulse Width-Modulation), las cuales tienen una amplia gama de aplicaciones y propuestas, según el tipo de convertidor a controlar.
Tras la propuesta de nuevos convertidores existen aspectos que ellos mejoran respecto a
sus competidores, lo cual muestra un desarrollo constructivo en el ámbito de la Electrónica de Potencia, ya que se busca mejorar las prestaciones al menor costo posible. Estas novedosas propuestas traen consigo dificultades adicionales para su implementación, principalmente en términos de control, ya que consideran generalmente, mayor cantidad de elementos como: semiconductores, elementos pasivos y elementos activos, con tal de ofrecer mejora en indicadores como: distorsión armónica total, perdidas del sistema, eficiencia, robustez de control, límite de operación, entre otros. Por ello, es común encontrar ideas que proponen mejorarlos, a costa de sacrificar otros que podrán ser de poca relevancia para algunas aplicaciones o que pudieran ser solucionadas con un costo adicional.
La activa tendencia a proponer nuevos convertidores va de la mano con complejas
técnicas de control, las cuales van adquiriendo cada vez más relevancia, opacando incluso a la topología. Por ello, las distintas formas de Control Predictivo toman mayor importancia, ya que solo requieren definir el modelo matemático y el problema de optimización para poder controlar el sistema. En contraste a esto, tenemos las principales desventajas del control predictivo, las cuales son: el costo computacional, espectro armónico disperso y error en estado estacionario. Si bien, existen variantes de esta técnica que solucionan parcialmente estos problemas, requieren sacrificar costo computacional y mayor cantidad de etapas de control, contrario a lo que requieren técnicas con control lineal.
En este trabajo se reemplaza la técnica FCS-MPC por un control lineal con modulación
PWM, lo cual es aplicado al convertidor multinivel RMC (Reduced Multilevel Converter),
una topología con condensadores sin redundancia de estados. El reemplazo ofrece propiedades que eliminan los inconvenientes de la técnica FCS-MPC, la cual hasta el momento se ha preferido debido a la complejidad de las nuevas topología. Adicional a esto, se propone un nuevo convertidor llamado Hybrid Flying Capacitor Inverter (HFCI), topología multinivel que cuenta con condensadores flotantes con redundancia de estados, para el cual se desarrolla su propia técnica de modulación que ofrece perdidas reducidas y mejor espectro armónico con respecto al inversor de dos niveles tradicional, a través de la definición óptima de los sectores de actuación.
De ambas propuestas se presentan resultados simulados los cuales son validados a través de pruebas experimentales de laboratorio.
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