Algoritmos de control con compensación de armónicos y balance de capacitores en el DC-Link para un inversor asimétrico tipo T de cinco niveles

Abstract

Este trabajo presenta un estudio de varios algoritmos de control basados en el modelo matemático para un inversor multinivel monofásico sin transformador conectado a la red. La topología seleccionada se le conoce como inversor asimétrico tipo T de cinco niveles "Asym-T-5L". Esta basado en un puente H, y un interruptor bidireccional que divide el DC-link, generando una salida de voltaje multinivel. El objetivo principal del trabajo consiste en la obtención de algoritmos de control necesarios para la interconexión del inversor a la red eléctrica, y hacer posible la inyección de potencia activa aun cuando la red presente distorsión armónica. Además se agrega un lazo de balance, para mantener los voltajes de los capacitores en el DC-Link balanceados. Para ello, se obtiene el modelo matemático del sistema y se desarrollan las ecuaciones las cuales describen el comportamiento del mismo. Posteriormente, se proponen 3 algoritmos de control, el primer control se basa a partir de las ecuaciones obtenidas en el modelo matemático, donde se propone un lazo de seguimiento de corriente, el cual esta en fase con el voltaje de la red, y además cuenta con un banco de filtros resonantes para compensar armónicos presentes en la red. Los dos controles siguientes se proponen modificando la corriente de referencia, así como el lazo de balance y su posición en el control. La evaluación numérica se realizó por medio de simulaciones por computadora, se utilizó el programa ``MATLAB-Simulink". Lo anterior para comprobar el funcionamiento de los algoritmos de control propuestos. Los controles se programan en tiempo continuo, pero como su implementación se lleva a cabo normalmente en un dispositivo DSP, que opera a cierta frecuencia de muestreo, se describe como se lleva a cabo la programación de los controles en tiempo discreto. La señal de salida de los algoritmos de control se alimentan a un algoritmo de modulación el cual no es parte de la tesis, pero se utiliza para comprobar el funcionamiento de los controles. Esta modulación genera los pulsos de disparo de los interruptores del inversor, a partir de la señal de salida de los algoritmos de control. A la salida del inversor se obtiene un voltaje escalonado de cinco niveles, el cual es filtrado por una bobina para filtrar los pulsos de alta frecuencia de voltaje y generar una corriente sinusoidal a la salida, con el fin de inyectar potencia activa a la red con la menor distorsión armónica posible. Los resultados obtenidos mediante este trabajo permitieron comparar el desempeño de los algoritmos de control propuestos con y sin los lazos de compensación de armónicos, y de balance en los voltajes de los capacitores en el DC-Link. Los resultados se evaluaron a distintas potencias de referencia, y con capacitores iguales y diferentes en el DC-Link.