Alumno

Janeth Aurelia Alcalá Rodríguez

   »  Generación: Febrero2008
   »  Grado: Doctorado en Ingeniería Electrica
   »  Asesor: Víctor Manuel Cárdenas Galindo
   »  Línea de Investigación: Control Automático
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NOMBRE DE TESIS
Estudio de Convertidores Back-to-back

RESUMEN:

En relación al estudio del convertidor BTB se ha desarrollado una gran cantidad de trabajo considerando problemáticas asociadas a aplicaciones específicas. Sin embargo, en la literatura no se encuentra reportado un estudio que permita identificar adecuadamente las limitantes físicas que presenta este convertidor para la transferencia del flujo de potencia. Además, aun cuando en la mayoría de los trabajos reportados se subraya que el convertidor BTB es una opción atractiva para controlar el flujo bidireccional de potencia entre dos sistemas de CA, y que puede controlar la potencia reactiva en ambos extremos, los resultados presentados no permiten evaluar el desempeño del convertidor en ambos lados de los sistemas de CA; limitándose a mostrar únicamente resultados relacionados con el desempeño en uno u otro de los sistemas de CA, pero no en ambos. En este trabajo se presenta el estudio del convertidor BTB y se analiza su capacidad operativa para controlar el flujo de potencia entre dos sistemas de CA. El análisis considera las restricciones dadas por la regional lineal de operación para la transferencia de potencia activa, y compensación de potencia reactiva; y se contempla el control bidireccional del flujo de potencia entre los dos sistemas de CA. Además, se evalúa la operación del convertidor BTB como un Compensador de Potencia Reactiva Estático (STATCOM). El trabajo se dividió en cinco etapas, en la primera etapa se analiza el modelo matemático del convertidor BTB en el marco de referencia DQ en términos de la potencia activa y reactiva; y a partir del análisis se determinan expresiones que definen las cotas superior e inferior de potencia. De los resultados se define la región lineal de operación, y se concluye que ésta proporciona suficiente información acerca de la capacidad operativa del convertidor BTB para transferir potencia activa y compensar potencia reactiva, permitiendo establecer con exactitud los rangos en los cuales el convertidor BTB puede controlar el flujo de potencia. El análisis de la región de operación es fundamental para el planteamiento de los objetivos de control, ya que a partir de los resultados es posible optimizar la operación del convertidor desde el punto de vista de electrónica de potencia. Una ventaja del estudio consiste en que se puede extrapolar a otras aplicaciones. En la segunda etapa se plantea el método de diseño de los elementos pasivos. Para el diseño del inductor se proponen dos métodos; el primero se utiliza para definir una cota mínima y se basa en el análisis de la distorsión armónica. Por otro lado, el segundo método se utiliza para especificar una cota máxima, y contempla el análisis de la respuesta dinámica ante transitorios considerando el tamaño del inductor. El objetivo de plantear una cota mínima y otra máxima radica en proporcionar un rango amplio de selección que permita determinar el tamaño del inductor en función a los requerimientos del sistema. En relación al capacitor, el método de diseño propuesto relaciona el rizo de tensión con el tamaño del capacitor. En la tercera etapa se evalúan estrategias de control que permiten desacoplar y controlar independientemente la potencia activa y reactiva. Se eligieron dos estrategias de control basadas en la teoría de sistemas lineales y no lineales. El esquema de control propuesto para el convertidor BTB ha sido reportado en otros trabajos, y se considera una opción adecuada para validar el objetivo general de esta investigación. Ambas estrategias de control se desarrollan en el marco de referencia DQ. En la cuarta etapa, se estudia una aplicación particular del convertidor BTB operándolo como un gestor de potencia, en donde, a través del control del flujo de potencia es posible reconfigurar la carga entre alimentadores de bajo voltaje. El objetivo general consistió en evitar las condiciones de sobrecarga en los transformadores de potencia, y mejorar la eficiencia del sistema al reducir las pérdidas de potencia por sobrecarga en los transformadores y líneas de distribución. Por último, en la quinta etapa se presentan resultados experimentales que complementan los resultados de análisis y simulaciones. Para las pruebas experimentales se implementó un prototipo en el Laboratorio de Calidad de Energía y Control de Motores de la Universidad Autónoma de San Luis Potosí. A partir de los resultados se establece que el convertidor BTB es una opción apropiada y efectiva para controlar libremente el flujo de potencia entre dos sistemas de CA; y que además permite compensar potencia reactiva en sus terminales sin que esto afecte la transferencia de potencia activa. Lo anterior se garantiza siempre y cuando los puntos de operación se encuentren dentro de la región acotada por la zona lineal de operación.