Contributions to the multi-frequency control of gridtied voltage source converters

Abstract

El interés por la producción de energía limpia está en aumento y la generación de este tipo de energía se puede fomentar mediante la instalación de generadores locales. Dichos generadores son conectados a la red de distribución a través de convertidores de potencia. Al mismo tiempo el número de cargas conectadas a la red está incrementando y con ello el número de cargas no lineales. Estas últimas consumen corrientes armónicas y esto provoca distorsión armónica a la red. En esta tesis se estudia y se presentan contribuciones en el control de los convertidores de potencia para que al mismo tiempo que se inyecta potencia, el convertidor sea capaz de actuar adecuadamente frente a la distorsión armónica del voltaje de la red (control multifrecuencial). En primer lugar, esta tesis cubrirá el estudio de las diferentes técnicas de control de corrientes armónicas y también de las diferentes técnicas de sincronización y detección de componentes armónicas de tensión presentes en la red. En cuanto al cálculo de referencias de corrientes armónicas, se explican las principales variantes dependiendo de la funcionalidad deseada y se estudia la entrega de potencia instantánea constante incluso con red distorsionada. Además, se propone un nuevo método de cálculo para eliminar las principales oscilaciones de potencia sin exceder las limitaciones de distorsión de corrientes. También se describen las limitaciones del convertidor cuando se trabaja con componentes fundamentales y armónicas. Se analizan los principales saturadores multifrecuenciales para evitar la sobremodulación y se propone un nuevo saturador que no empeora la dinámica total del sistema y siempre consigue el mínimo THD de corriente. Por último, se aborda la problemática de la distorsión armónica del voltaje de red. Primero se estudia la compensación de las corrientes consumidas por cargas locales y después se propone la compensación directa de la tensión del PCC. En esta tesis se intenta incrementar el número de funcionalidades que puede desempeñar el convertidor para que además de entregar potencia, sea capaz de mejorar la calidad de la red, sin exceder las limitaciones físicas del convertidor. Cada una de las contribuciones es validada mediante resultados de simulación y experimentales.