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Alumno

Jorge Alberto Almaguer Hernández

   »  Generación: Septiembre2011
   »  Grado: Maestría en Ingenieria Electrica
   »  Asesor: Víctor Manuel Cárdenas Galindo
   »  Línea de Investigación: Control Automático
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NOMBRE DE TESIS
Desarrollo de un Convertidor CA/CD/CA con Celdas en Paralelo

RESUMEN:

Hoy en día la mayor parte de la energía eléctrica que se usa en el mundo se produce utilizando grandes sistemas de generación centralizados, a partir de fuentes no renovables como petróleo, gas natural y combustible nuclear; estos sistemas han demostrado en términos generales un alto grado de confiabilidad y continuidad en el servicio. Sin embargo existen diferentes limitantes operativas asociadas a los sistemas centralizados, como son la congestión de líneas de transmisión, el incremento de pérdidas en la transmisión de energía a grandes distancias en lugares apartados de los puntos generación, y la inherente contaminación ambiental asociada a la generación de energía. Las limitantes anteriores, junto con el desarrollo de nuevas tecnologías de generación así como políticas de crecimiento sustentable, han impulsado la incorporación de fuentes alternas de energía a la red central, en particular los sistemas eólicos y fotovoltaicos en un esquema de generación distribuida. Los convertidores de electrónica de potencia son una pieza clave para flexibilizar la interconexión de sistemas eólicos y fotovoltaicos a la red eléctrica. En particular, el convertidor CA/CD/CA, denominado en la literatura especializada como convertidor BTB, es uno de los más adecuados debido a su capacidad de control del flujo de potencia activa en forma bidireccional, y su capacidad de compensación de potencia reactiva en sus puertos de conexión. Existen topologías BTB de uso diseminado basadas en convertidores fuente de tensión, con potencias tan altas como 2 MW. Sin embargo, el incremento en la capacidad de operación en tensión y/o corriente está limitada por los dispositivos de conmutación que integran la estructura BTB. Una solución planteada es la integración de estructuras multinivel para superar las limitantes de corriente y/o tensión de los dispositivos de conmutación. Los convertidores multinivel pueden manejar de manera distribuida los esfuerzos en tensión y corriente, pudiendo así incrementar el nivel global de potencia de la estructura BTB. El objetivo principal de este trabajo de investigación consiste en el estudio del convertidor CA/CD/CA multinivel con celdas en paralelo, incorporando la topología puente H por celda para formar una estructura de arreglo modular, logrando una salida multinivel en corriente a través de un acoplamiento magnético con un transformador de salida. Como posible aplicación se considera la transferencia de potencia activa entre alimentadores de potencia y la compensación de potencia reactiva en ambas terminales del convertidor. Se presenta una estructura de control en dos niveles, con una estrategia general para regular la potencia activa y reactiva en el convertidor BTB multicelda, y una estructura de control por celda para una operación modular independiente. Asimismo se analiza el modelo matemático, y el dimensionamiento de los dispositivos por celda en función de la potencia nominal requerida. Se demuestra que en el convertidor BTB multicelda, al ser un arreglo modular, el incremento en la potencia nominal del arreglo se logra al agregar nuevas celdas en paralelo. Los análisis desarrollados se validan a través de simulaciones de un sistema de 3 celdas en paralelo, con una capacidad nominal de 30 kVA. Finalmente se propone y desarrolla un prototipo experimental para un convertidor BTB multicelda módular.