Alumno

Marco Antonio Hernández Cruz

   »  Generación: Septiembre2012
   »  Grado: Maestría en Ingenieria Electrica
   »  Asesor: Víctor Manuel Cárdenas Galindo
   »  Línea de Investigación: Control Automático
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NOMBRE DE TESIS
Análisis y Desarrollo de un Convertidor CA-CD-CA de Tres Puertos para el Control del Flujo de Potencia

RESUMEN:

En sistemas eólicos y sistemas fotovoltaicos, los convertidores Back to Back (BTB) se han convertido en equipos fundamentales para poder acoplar de forma conveniente a la red eléctrica del consumidor la energía generada. El convertidor BTB agrega grados de libertad que lo hacen adecuado para integrarse en redes inteligentes (smart grid), manteniendo los parámetros de desempeño, como son baja distorsión armónica, velocidad de respuesta adecuada y compensación de potencia reactiva. Es posible interconectar varias fuentes de energía si el convertidor BTB tiene más de dos puertos, pues el enlace en CD permite acoplar diferentes convertidores bidireccionales. Inclusive es posible generar el concepto de transformadores de estado sólido multipuerto, cuando se incorpora un enlace de alta frecuencia. La función primaria de la electrónica de potencia es poder acoplar la energía eléctrica en CD (panel solar) ó CA (generador eólico, microturbina) a la red eléctrica, garantizando la máxima transferencia de energía ante las condiciones variantes de generación (sol, viento, agua) y operativas de la red (variación de la demanda de energía). En este sentido, el convertidor CA/CD/CA (también conocido como Back to Back, BTB) es una pieza clave en la operación de fuentes alternas de energía. Al contar con un enlace en CD, este convertidor tiene la capacidad de poder incorporar el control bidireccional de energía eléctrica de forma natural, además de interconectar más de una fuente de energía con la red eléctrica (convertidores de 3 o más puertos). Lo anterior lo hace adecuado para aplicaciones en redes inteligentes. En este trabajo de tesis, el objetivo principal consiste en realizar un estudio del convertidor BTB de tres puertos en aplicaciones de transferencia de potencia activa y compensación de potencia reactiva entre tres alimentadores monofásicos y verificar su operación de manera experimental. El trabajo parte de un esquema CA/CD/CA formado por tres convertidores VSC, acoplados a través de un enlace en CD. El estudio contempla el modelado matemático del BTB de tres puertos en el dominio del tiempo y en el marco de referencia dq, el dimensionamiento de los elementos pasivos y análisis de la región de operación, el diseño de estrategias para el control del flujo de potencia y el diseño y construcción de un prototipo experimental para validar los resultados de simulación. En el capítulo I se analiza el circuito simplificado del convertidor BTB de tres puertos, mediante el cual se obtiene el modelo matemático en el dominio del tiempo y en el marco de referencia dq. Los modelos se validan mediante simulación utilizando el paquete PSIM R. En el capítulo II se realiza el dimensionamiento de los elementos pasivos del convertidor (inductores y condensador) en función de la distorsión armónica de la corriente y del rizo de tensión respectivamente. Además se realiza el análisis de la región lineal de operación en función de los niveles de tensión utilizados y las restricciones de las entradas de control. En el capítulo III se presentan dos estrategias de control no lineales basadas en el modelo matemático en el marco de referencia dq (linealización entrada-salida y control basado en pasividad). En el capítulo IV se evalúan los diseños presentados en los capítulos anteriores, considerando parámetros de desempeño tales como sobretiro, tiempo de ascentamiento, etc. Para ello se realizan pruebas en estado estable, escalones de potencia activa y reactiva e inversiones de flujo de potencia. En la última sección se presentan las principales conclusiones del trabajo de tesis, anexos y bibliografía.