Diseño e implementación de una estrategia de control predictivo modulado para un inversor Npc Front-End

Abstract

Actualmente existe un gran interés y compromiso en aumentar la generación eléctrica proveniente de fuentes ERNC (Energías Renovables No Convencionales) a nivel mundial dado el actual escenario energético. Para maximizar la transferencia energética y asegurar una operación óptima desde un punto de vista técnico y económico se han propuesto distintas topologías de inversores junto con sus estrategias de control. Por otro lado, el control predictivo se perfila como una estrategia prometedora para controlar algunas topologías de inversores de potencia, en particular el control FS-MPC (Finite Set - Model Predictive Control) se ha implementado en un gran número de configuraciones debido a sus ventajas como: rápida respuesta transitoria; fácil inclusión de no linealidades y restricciones en el controlador; y ausencia de modulador. Sin embargo las tensiones sintetizadas por esta estrategia poseen una frecuencia de conmutación variable lo que complica el diseño de filtros de conexión a la red y aumenta la distorsión armónica en las señales inyectadas. En esta tesis se implementa de forma experimental un control predictivo modulado (M2PC, Modulated Model Predictive Control) en un inversor NPC (Neutral Point Clamped) trifásico de 3 niveles en configuración front-end, esta estrategia genera una tensión con frecuencia de conmutación fija y además mantiene las ventajas del control FS-MPC ya mencionadas. El controlador se programa en una plataforma dSPACE dS1103, para esto fue necesario diseñar y construir una tarjeta de desarrollo para una FPGA (Field-Programmable Gate Array) Spartan 3 y una tarjeta transmisora de fibra óptica, la función de la primera tarjeta es gestionar el envío de vectores al conversor NPC y habilitar un sistema de protección que apague el inversor en caso de falla, mientras que la segunda tarjeta se utiliza para enviar los pulsos de disparo a los IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor) del inversor. En el desarrollo de esta tesis se proponen 2 estrategias de control M2PC, en la primera se utiliza una función multiobjetivo para regular la corriente inyectada a la red y el balance de los condensadores del DC-Link, mientras que en la segunda el control M2PC sólo se encarga del error de corriente y en una etapa posterior se regula las tensiones del DC-Link. Inicialmente la estrategia se simula mediante el software Plecs y posteriormente se implementa en el sistema experimental. Se concluye que ambas estrategias presentan un buen desempeño en régimen permanente y transitorio, en ambos casos el THD (Total Harmonic Distortion) es menor al 2% y los condensadores se encuentran balanceados.