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Alumno

San José De la Rosa Mendoza

   »  Generación: Septiembre2013
   »  Grado: Maestría en Ingenieria Electrica
   »  Asesor: Víctor Manuel Cárdenas Galindo
   »  Línea de Investigación: Control Automático
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NOMBRE DE TESIS
Análisis de la Interacción entre el Convertidor Trifásico CA/CD Bidireccional y la Impedancia de la Red Eléctrica

RESUMEN:

Los convertidores CA/CD son circuitos de electrónica de potencia cuya operación fundamental consiste en convertir la corriente de CA a corriente de CD, para alimentar cargas en corriente directa. También es necesario el uso de convertidores con la función inversa, como son los convertidores CD/CA para acoplar la energía generada por un sistema de paneles solares a la red eléctrica. Estos convertidores pueden operar desde unos cuantos watts hasta MW, en aplicaciones tan diversas como fuentes de energía renovables, equipos de cómputo, aplicaciones médicas, telecomunicaciones y control de motores, entre muchas otras. De aquí que puedan estar presentes en todos los niveles de potencia de sistemas eléctricos. Los convertidores CA/CD y CD/CA pueden formar estructuras más complejas, como los convertidores Back to Back, que se han vuelto un estándar para acoplar los sistemas de generación eólica a la red eléctrica, u otros sistemas que integran funciones de filtrado activo de potencia, compensación de potencia reactiva y respaldo eléctrico en sistemas de mayor capacidad, convirtiéndose así en un elemento clave de las denominadas Redes Eléctricas Inteligentes (REI). En una REI se busca mover la operación de los sistemas desde un esquema centralizado, controlado por el productor de energía, a un sistema menos centralizado, mucho más interactivo con el usuario y aprovechando la generación eléctrica distribuida local. Esto implica un nuevo paradigma técnico, económico, operativo y científico, fundamentado en herramientas como modelado, control en tiempo real, comunicación entre equipos y sistemas eléctricos, generación distribuida incorporando viento, sol, agua, biocombustibles, electromovilidad, etc. Convencionalmente la impedancia de la red no se considera en el análisis y diseño de convertidores CA/CD interconectados, asumiendo que la red de suministro puede entregar o recibir potencia de forma ilimitada. Esta suposición facilita el análisis del sistema, el dimensionamiento y el control para mantener los parámetros de desempeño como eficiencia, regulación de tensión y baja distorsión armónica de corriente en el punto de conexión común con la red. Sin embargo esta suposición no es real, de manera que la interacción del convertidor con la red refleja el efecto de la impedancia, en particular cuando la potencia de corto circuito del sistema es baja en relación a la potencia del convertidor. Este trabajo de investigación se enfoca en el estudio de un convertidor CA/CD fuente de tensión VSC interconectado a red considerando la potencia de corto circuito y su efecto en el desempeño del convertidor. Como parte de este estudio se presenta el análisis del VSC incorporando la impedancia de la red, determinando el comportamiento de la región de operación y el impacto en el dimensionamiento de los elementos pasivos. Como resultado del análisis se plantea el desarrollo de estrategias de control que permitan al VSC operar adecuadamente manteniendo los parámetros de desempeño del convertidor. Como estrategias de control se plantea una comparativa entre linealización entrada – salida y control basado en pasividad. Para validar el desarrollo de la investigación se presenta resultados tanto en simulación como experimentales en lazo cerrado. Los experimentos se realizan en un prototipo trifásico de un convertidor CA/CD VSC de 1 kW, 220 V, 60 Hz, 450 Vcd, operando en condiciones de Ssc = 10 kVA y Ssc = 100 kVA. El convertidor logra operar en las condiciones planteadas manteniendo una regulación en el bus de CD ante variaciones de carga, y con una distorsión armónica de corriente inferior al 4 %. Este trabajo de investigación se desarrolló en el Laboratorio de Calidad de Energía Eléctrica y Control de Motores de la Facultad de Ingeniería, en la Universidad Autónoma de San Luis Potosí.