Variable-angre Modulation for Modular Power Converters

• Autores: Abraham Márquez Alcaide
• Directores de la Tesis: José Ignacio León Galván (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Sevilla ( España ) en 2019
• Idioma: español
• Número de páginas: 170
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  • Tesis en acceso abierto en: Idus
• Resumen

  • El trabajo desarrollado y que se presenta en este documento es el resultado de la investigación desarrollada como parte del grupo de electrónica de potencia en la Universidad de Sevilla durante los últimos tres años.

    Dicha investigación se enmarca en el campo de los convertidores de potencia basados de tipo modular. Durante las últimas décadas, esta técnica se ha vuelto muy popular ya que ha dado solución a los problemas que la sociedad y la industria necesitaba permitiendo construir una nueva generación de convertidores de potencia. Sin embargo, esta técnica presenta algunos problemas cuando los convertidores son operados bajo unas condiciones desbalanceadas o asimétricas. Como consecuencia, el rendimiento y las buenas propiedades que estos convertidores presentan se ven deterioradas. Por lo tanto, el principal objetivo de este documento es dar solución a estos problemas para esta familia de convertidores de potencia.

    Como ocurren en la mayoría de los circuitos electrónicos, existe una analogía entre tensiones y corrientes. Esto está presente desde las leyes de Kirchoff (leyes de tensiones y corrientes) a las propiedades de los elementos electrónicos como pueden ser condensadores y bobinas, los cuales presentan una, más que clara, simetría. Así pues, problemas similares pueden ser encontrados cuando se construye un convertidor de potencia modular, ya sea en serie o en paralelo. Los convertidores serie presentan dicho problema en su tensión de salida mientras que los convertidores conectados en paralelo sufren el problema en su corriente de salida. Así que este documento puede ser dividido en dos partes bien diferenciadas.

    El capítulo 1 introduce al lector en el actual escenario energético. Además, este trata de explicar la razón de introducir los convertidores modulares en el escenario actual ilustrándolo con algunos ejemplos de aplicación real.

    Desde el capítulo 2 hasta el capítulo 9 el trabajo se centra en los problemas encontrados en los convertidores modulares en serie, en particular, en los problemas presentes en la tensión de salida para el convertidor cascada. Para ello, se ha desarrollado un modelo matemático basado en las series de Fourier que ha demostrado ser muy preciso. Se ha desarrollado varias técnicas de modulación para el convertidor cascada solucionando el problema de la distorsión generada en la tensión de salida el cual se localiza en el primer armónico de la portadora y sus múltiplos. Este problema se ha resuelto en el mayor rango posible en términos del número de celdas usado. Por otro lado, ante la imposibilidad de encontrar solución analítica cuando se considera más de un armónico simultáneamente, se han usado técnicas numéricas y algoritmos de búsqueda para encontrar la solución más apropiada teniendo en cuenta múltiples factores. La técnica propuesta no solo se puede usar para el convertidor cascada, sino que es fácilmente extensible a otros convertidores multinivel presentes en el mercado.

    Por otro lado, desde el capítulo 10 hasta el capítulo 12 este documento trata de afrontar los problemas encontrados en los convertidores modulares conectados en paralelo. Como se ha comentado, estos problemas se encuentran en la corriente de salida. Este fenómeno se estudia en profundidad para el caso del convertidor dc-dc de tres celdas para la aplicación fotovoltaica. Usando la misma filosofía y metodología, se puede controlar a voluntad el contenido armónico de la corriente total de salida. Esto afecta de manera directa a la vida útil del condensador pudiéndose extender la vida útil del mismo tal y como se ha demostrado a lo largo de la tesis. Esto se ha desarrollado para un convertidor tipo elevador de tres celdas para la aplicación de fotovoltaica. Sin embargo, como se ha visto a lo largo del desarrollo, es un procedimiento totalmente general y solo es necesario tener en cuenta la topología del convertidor para el cálculo de los coeficientes de Fourier. Por lo tanto, de nuevo nos encontramos ante un procedimiento totalmente extensible y compatible con otras aplicaciones.