Control predictivo del convertidor multinivel con enclavamiento por diodos y sus aplicaciones en media tensión

Abstract

En esta tesis se realiza el estudio del convertidor multinivel con enclavamiento por diodos. Se presenta un algoritmo generalizado para el control del balance de las tensiones del bus de continua del convertidor que no requiere de circuitos adicionales de balance. También se realiza un análisis de las características de conmutación de la topología y se elaboran reglas que aseguren el funcionamiento seguro de las llaves de potencia. Se desarrolla un algoritmo de control predictivo de estados finitos en el cual se unifica el control de las variables externas del convertidor (corrientes, potencias o variables internas de la carga) con el algoritmo de control de balance. Se consideran las restricciones de conmutación propias de la topología con el propósito de asegurar la operación correcta del convertidor y el sistema que lo circunda. Se analiza el desempeño del convertidor y la técnica desarrollada en aplicaciones de acondicionamiento de potencia, accionamientos eléctricos y generación eólica. Los algoritmos se ensayan mediante simulación en las aplicaciones mencionadas.

An in depth study of the Diode Clamped Multilevel Converter is performed in this Thesis. The DC bus voltage unbalance problem of the topology is presented and the development of a generalized algorithm for voltage balance control of the DC bus capacitors is addressed which does not need any additional balancing circuits. An analysis is presented concerning the switching constraints of the converter and the synthesis of a switching rule that ensures correct voltage clamping of the power devices. Also, a Finite Control Set Model Predictive Control strategy is developed to merge the voltage balancing algorithm with the control of external variables (currents, power or intrinsic load variables). This algorithm incorporates the switching restrictions of the topology in order to ensure the proper operation of the converter and the control of the external system. The performance of the control algorithm is evaluated by means of computer simulations in applications such as power conditioning, motor drives and wind power conversion.