Convertidores multinivel de modo corriente tolerantes a fallas

Abstract

En esta tesis se realiza el estudio de los Convertidores Multinivel de Modo Corriente (MCSI), haciendo hincapié en la topología MCSI Simétrico o Single Rating Inductor MCSI por su especial característica modular que la hace ideal para aplicaciones industriales o de alta potencia. Se analiza en detalle el funcionamiento de la topología, incluyendo sus ventajas y desventajas en comparación con otras topologías de corriente y con los Convertidores Multinivel de Modo Tensión (MVSI). Se presenta el diseño de los circuitos y la estrategia de funcionamiento para conseguir un funcionamiento tolerante a fallas, mediante el agregado de un módulo de respaldo o hotspare. Se propone y analiza una la generación de las señales de disparo mediante una adaptación de la modulación de ancho de pulso por desplazamiento de portadoras (PSC-SPWM) y se demuestra que su uso genera un balance natural en las corrientes internas del convertidor. Se presentan dos técnicas de control para fortalecer el balance de corrientes frente a perturbaciones, que actúan sobre la modulación,con mínimos requerimientos de potencia de cálculo. Dado que los MCSI Simétricos son ideales para su uso en aplicaciones de alta potencia, se diseñan dos técnicas tendientes a minimizar las pérdidas en las llaves, reduciendo la cantidad de conmutaciones por ciclo y produciendo una conmutación suave de la corriente. Se demuestra, mediante simulaciones detalladas, el correcto funcionamiento de la topologí a en dos aplicaciones básica: a) como filtro activo para mejorar la calidad de los sistemas eléctricos, y b) como interfaz con sistemas de almacenamiento en base a hidrógeno. Finalmente se presentan resultados experimentales en un prototipo de laboratorio, utilizando una FPGA de alta velocidad para la generación de las señales de disparo y control.