dc.description.abstract | Los convertidores de potencia basados en interruptores de potencia controlables son
equipos indispensables en los sistemas de potencia modernos. Sirven como interfaces
inteligentes entre la red pública, las fuentes de energía renovables (incluidos los sistemas
eólicos y los sistemas fotovoltáicos), los sistemas de almacenamiento de energía, los accionamientos
de motores y las microredes. Además, también pueden servir como filtros
activos de potencia, que cancelan los armónicos de corriente en la red pública y, en
consecuencia, proporcionan una red eléctrica de alta calidad. Estos convertidores tienen
importantes ventajas como: flujo de potencia bidireccional, corrientes de red de alta calidad,
potencia ajustable y la tensión controlable en el lado de continua. Las principales
tareas de control de dichos convertidores son regular la tensión de continua al valor deseado
y proporcionar potencia activa/reactiva a la red/carga. Los dos factores principales
que afectan el rendimiento de control del convertidor de potencia son: (1) perturbación
de carga en continua; (2) incertidumbres en los parámetros del convertidor. Por un lado,
la perturbación de carga variable en el tiempo en continua puede causar fluctuaciones en
dicha tensión. El valor de la carga es impredecible y puede variar en un amplio rango. La
magnitud de la carga y la robustez del controlador determinar´an si la tensión de continua
se puede restaurar al valor de referencia. Para reducir la influencia negativa de la carga
en la estabilidad del sistema, un método efectivo es emplear un observador de perturbaciones,
que estima el valor de la carga y proporciona esta información al controlador. Por
otro lado, las incertidumbres paramétricas del sistema causan diferencias entre el modelo
del sistema y la planta real, por lo tanto, el controlador diseñado basado en el modelo
puede no lograr el rendimiento deseable. Para resolver estos dos problemas, esta tesis
investiga estrategias de control avanzadas aplicadas a convertidores de potencia conectados
a la red. Por un lado, para reducir la influencia causada por la perturbación de la
carga de continua, se han propuesto estrategias de control basadas en observadores de la
perturbación, es decir, se estima el valor de la perturbación externa en tiempo real y se
proporciona dicha información al controlador. Por otro lado, para mejorar la robustez y la
adaptabilidad a las incertidumbres del sistema, se han empleado métodos de control avanzados,
que incluyen controladores en moto deslizante (SMC), control adaptativo y control
robusto de H∞. El contenido específico de la investigación de esta tesis es el siguiente:En primer lugar, para comparar la capacidad de rechazo de perturbaciones de carga
en el lado dc con diferentes tipos de observadores, se han diseñado cuatro tipos de observadores
para el convertidor de potencia de dos niveles en el Capítulo 2. Esto son un
observador lineal, un observador de moto deslizante (SM), un observador de estado extendido
lineal y un observador de estado extendido no lineal. Los resultados revelan que el
observador de SM, el observador lineal y el observador de estado extendido lineal logran
una buena estimación de la perturbación.
A partir del Capítulo 2, se diseña un observador lineal mejorado de perturbaciones,
que tiene dos parámetros para ajustar su rendimiento. Uno es para mejorar la respuesta
transitoria que no influye en el rendimiento en régimen permanente. El otro parámetro
está diseñado específicamente para mantener el rendimiento en régimen permanente. Este
observador, conjuntamente con un controlador PI, conforman el bucle de regulación de
tensión, resultando en un sistema lineal puro, que puede analizarse con las teorías de
control clásicas y es conveniente para el uso práctico. Para verificar la efectividad de esta
estrategia, se han llevado a cabo una serie de experimentos empleando un convertidor de
potencia de 5 kW de potencia conectado a la red.
En el Capítulo 4, para mejorar a´un más el rendimiento del bucle de regulación de
tensión, se ha diseñado un observador SM mejorado. Comparado con el observador de
perturbación lineal anterior, este observador SM no lineal obtiene una convergencia más
rápida y presenta una mayor robustez frente a las incertidumbres del sistema. En paralelo,
se emplea un controlador de tipo SMC super torsión en el bucle continua de tensión,
mejorando la velocidad de convergencia y su robustez. La condición de convergencia de la
tensión de continua se obtiene a través del método Lyapunov, y la ventaja de esta estrategia
se verifica mediante simulación y experimentos en el laboratorio con un convertidor de
potencia conectado a la red.
Para reducir el impacto de la incertidumbre paramétrica, en el Capítulo 5 se agrega
una la ley de adaptación al controlador de tipo SMC super torsión, que ajusta los
parámetros de control junto con la variación de parámetros del sistema. Con esta ley
adaptativa, el límite superior derivado de la perturbación externa no necesita conocerse
a priori. Además, se adopta un control de tipo H∞ en el bucle de tensión para atenuar
la influencia del error de estimación de la perturbación a la tensión de continua controlada.
Las condiciones de convergencia de la tensión de continua y la corriente de red se
obtienen a través del método de Lyapunov.
Por ´ultimo, pero no menos importante, para extender el objetivo de control y el modo
de control, se investiga el convertidor de NPC de tres niveles tipo mediante métodos de
tipo VOC y control de potencia directo (DPC), respectivamente. En primer lugar, la
mejora de rendimiento usando el observador de estado extendido lineal se estudia en el
modo de control tipo VOC. En segundo lugar, la estrategia de control DPC está diseñada
con un observador de estado extendido lineal, control H∞, control tipo SMC s´uper torsi´on
y control adaptativo. Se obtienen las condiciones de convergencia de la tensi´on de continua,
la potencia instantánea activa / reactiva y la diferencia de tensión entre los condensadores.
Debido a la ley adaptativa resonante, se elimina la perturbación del tercer
armónico en el bucle de equilibrio de la tensión de los condensadores. | es |