Implementación de rectificador MMC

Abstract

{El presente proyecto de tesis consiste en la implementación de un Rectificador controlado basado en un Convertidor Multinivel Modular (Modular Multilevel Converter en inglés). Este proyecto se encuentra dentro del marco del proyecto FONDECYT: 1440337 Modular Multilevel Converter Technologies for High Power Drives (Aplicaciones de Convertidores Modulares Multinivel para accionamientos de alta potencia) el cual tiene por objetivo principal el estudio de estrategias de control para Convertidores Multinivel Modulares (comunmente abreviado como MMC o $M^2C$ por sus siglas en inglés) en accionamientos eléctricos, lo cual es un gran desafío ya que contempla la operación de estos en condiciones no usuales, tales como frecuencia variable (incluyendo las bajas) y tensión variable (tanto en los lados de alterna como de continua). La topología propuesta en dicho proyecto es el convertidor M2C back to back, que consiste en la conexión de 2 convertidores modulares por el enlace de continua, dejando los lados de alterna como puertos de entrada y/o salida para la conexión con la máquina y la red. En una etapa anterior ya se implementó el conversor del lado de la máquina, trabajo realizado Mauricio Espinoza en marco de su doctorado y expuesto en n publicaciones. El presente trabajo de tesis pretende aportar con la implementación del convertidor del lado de la red para así completar el convertidor Back to Back. Las primeras publicaciones relacionadas con el MMC realizan un modelado por fase, el cual es más simple e intuitivo, no obstante, conlleva desventajas asociadas como el acople en los lazos de control, que dificulta el diseño de los controladores y afecta a la dinámica del sistema. en los últimos 2 años se han desarrollado modelos desacoplados, los cuales por medio de transformadas permiten obtener 3 subsistemas independientes. Una característica del modelamiento transformado es que permite plantear distintas estrategias de control, dependiendo de cuales flujos de potencia se utilizan para balancear la energía entre las ramas del convertidor. Si bien algunas estrategias ya están planteadas, han sido aplicadas en distintas condiciones por lo que no se pueden comparar sus resultados. Todas las estrategias obtenidas se deducen de la linealización del modelo del convertidor, por lo que asumen pequeñas desviaciones en torno a un punto de operación. El principal problema de esto es que al encenderse el convertidor los voltajes en condensadores son igual a cero, por lo que debe realizarse un proceso de precarga para llevar los voltajes al punto de operación. Si bien la estrategia más popular y simple publicada es la precarga natural, esta no puede ser utilizada en este proyecto ya que por seguridad la lógica de los submódulos se encarga de negar las acciones de control entre los semiconductores, también se descartan los métodos que incluyen electrónica adicional en los módulos, dejando la opción de estudio entre las estrategias de selección y precarga controlada para este trabajo. Los aportes realizados por este trabajo son los siguientes: primero es la construcción y puesta en marcha del rectificador MMC ocupando modulación PS-PWM, el cual posteriormente servirá para futuros trabajos, tanto solo como en conexión Back to Back, el segundo aporte es la implementación y validación experimental de las posibles estrategias de control lineal en el convertidor, junto con el análisis de sus ventajas y desventajas en operación de rectificador.