Alumno

Javier Pérez Ramírez

   »  Generación: Febrero2008
   »  Grado: Doctorado en Ingeniería Electrica
   »  Asesor: Víctor Manuel Cárdenas Galindo
   »  Línea de Investigación: Control Automático
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NOMBRE DE TESIS
Aplicación de Convertidores Multinivel a Compensadores Estáticos de Potencia Reactiva (STATCOM)

RESUMEN:

Este trabajo de tesis se centra en el análisis de los convertidores multinivel de celdas en cascada, cuando éstos son empleados en la compensación de potencia reactiva. El compensador sobre el que se lleva a cabo el análisis es conocido como STATCOM. El STATCOM consiste en un convertidor fuente de voltaje conectado en paralelo con la red eléctrica a través de un transformador o de un reactor de acoplamiento. La función principal del compensador es suministrar potencia reactiva a la red. Con el suministro de potencia reactiva, el STATCOM puede proporcionar soporte de voltaje y mejorar la estabilidad en los sistemas transmisión de potencia; también, tanto en la industria como en los sistemas de distribución, el STATCOM puede ofrecer beneficios tales como corregir el factor de potencia, mejorar la regulación de voltaje, y balancear sistemas trifásicos. Por otro lado, los convertidores multinivel de celdas en cascada, son convertidores que se conforman por la conexión en serie de varios puentes H. En un convertidor multinivel a los puentes H también se les denomina celdas. Este tipo de convertidores son una buena opción para ser utilizados en el STATCOM, ya que debido a la conexión en serie de sus celdas, reducen el esfuerzo en tensión de los dispositivos de conmutación y también desplazan el contenido armónico a frecuencias más altas en comparación con un convertidor de dos niveles. Esto último hace que sea posible prescindir del transformador de acoplamiento, que normalmente es necesario en los convertidores de dos niveles. Si además se toma en cuenta la modularidad de este tipo de convertidores, entonces, se logra un sistema de compensación de potencia reactiva de fácil expansión y mantenimiento, y de tamaño compacto. Aun cuando ya se cuenta con un estudio amplio sobre los convertidores multinivel aplicados al STATCOM, es posible ahondar más en su análisis. Para ello se ubicaron cinco puntos a desarrollar, los cuales conforman las principales contribuciones de la tesis y a continuación se enuncian en orden de importancia. 1. Se desarrolla una estrategia de control que permite la adecuada operación del STATCOM multinivel. Esta estrategia funciona tanto para convertidores simétricos como asimétricos. 2. Se muestra que el STATCOM multinivel ya sea simétrico o asimétrico puede operar simultáneamente tanto como compensador de potencia reactiva como de corrientes armónicas. 3. Se lleva a cabo una evaluación del STATCOM multinivel en la compensación de sags. 4. Se propone un procedimiento donde se muestra cómo calcular las amplitudes y los ángulos de los voltajes de salida de cada una de las celdas del convertidor multinivel, independientemente si se trata de un convertidor simétrico o uno asimétrico. 5. Se dimensionan los elementos pasivos que conforman el STATCOM multinivel en función de la potencia reactiva nominal que maneja el STATCOM. El análisis queda acotado a un convertidor monofásico multinivel de celdas en cascada, ya que para sistemas trifásicos normalmente el convertidor trifásico se conforma de tres convertidores monofásicos, los cuales se controlan por separado. También se construye un prototipo de dos celdas para corroborar de manera experimental los puntos 3 y 4. El tratamiento de los puntos mencionados se lleva a cabo lo largo de este documento, el cual ha quedado organizado en 5 capítulos.