Resumen de Contributions to the multi-frequency control of grid-tied voltage source converters
- español
El interés por la producción de energía limpia está en aumento y la generación de este tipo de energía se puede fomentar mediante la instalación de generadores locales. Dichos generadores son conectados a la red de distribución a través de convertidores de potencia.
Al mismo tiempo el número de cargas conectadas a la red está incrementando y con ello el número de cargas no lineales. Estas últimas consumen corrientes armónicas y esto provoca distorsión armónica a la red.
En esta tesis se estudia y se presentan contribuciones en el control de los convertidores de potencia para que al mismo tiempo que se inyecta potencia, el convertidor sea capaz de actuar adecuadamente frente a la distorsión armónica del voltaje de la red (control multifrecuencial). En primer lugar, esta tesis cubrirá el estudio de las diferentes técnicas de control de corrientes armónicas y también de las diferentes técnicas de sincronización y detección de componentes armónicas de tensión presentes en la red.
En cuanto al cálculo de referencias de corrientes armónicas, se explican las principales variantes dependiendo de la funcionalidad deseada y se estudia la entrega de potencia instantánea constante incluso con red distorsionada. Además, se propone un nuevo método de cálculo para eliminar las principales oscilaciones de potencia sin exceder las limitaciones de distorsión de corrientes.
También se describen las limitaciones del convertidor cuando se trabaja con componentes fundamentales y armónicas. Se analizan los principales saturadores multifrecuenciales para evitar la sobremodulación y se propone un nuevo saturador que no empeora la dinámica total del sistema y siempre consigue el mínimo THD de corriente.
Por último, se aborda la problemática de la distorsión armónica del voltaje de red. Primero se estudia la compensación de las corrientes consumidas por cargas locales y después se propone la compensación directa de la tensión del PCC.
En esta tesis se intenta incrementar el número de funcionalidades que puede desempeñar el convertidor para que además de entregar potencia, sea capaz de mejorar la calidad de la red, sin exceder las limitaciones físicas del convertidor. Cada una de las contribuciones es validada mediante resultados de simulación y experimentales.
- English
The interest in renewable energy is increasing and it can be enhanced through the connection of local generators. These generators are connected to the distribution grid by means of power converters. Meanwhile, the number of loads connected to the grid is also increasing and with this, the number of non-linear loads, which consume harmonic currents and provoke grid voltage harmonic distortion.
In this thesis, the multifrequency control of power converter is studied and different contributions are made in this regard. Multifrequency control consists on at the same time injecting power and being able to deal with the grid harmonic voltage distortion. First, this thesis covers the study of the different current control techniques and the different grid synchronization and grid voltage harmonic components detection.
Regarding the harmonic current references calculation, the main possibilities are described depending on the pursued functionality. Among them the functionality of delivering constant power even with a distorted grid is highlighted. Then, a new method is proposed where the most important components are reduced without exceeding the current THD limitations.
In addition, the converter limitations are also studied when both harmonic and fundamental current components are dealt together. The most important multifrequency distortion-free saturators are analysed and a new disotrion free saturator is proposed, which does not worsen the whole system dynamic and always delivers the minimum possible THD.
Finally, the problem of the grid harmonic voltage distortion is directly tackled. First, the compensation of the currents consumed by non-linear loads (Active power filter) is studied. Then, the compensation of the grid voltage harmonic components is directly focused and a new strategy is proposed.
Therefore, in this thesis, the number of functionalities has been increased. In this context, in addition to the power delivering, it is also tried to improve the power quality, without exceeding the physical converter limitations. Each one of the previous mentioned contributions has been validated through simulated and experimental results
