Sistema y procedimiento de control de un inversor trifásico como fuente de corriente no lineal,

estando el inversor conectado a carga o red trifásica. El sistema comprende:

- medios de medida de la tensión Ucc en la zona de corriente continua del inversor;

- medios de medida de las componentes (Ua, Ub, Uc) de la tensión de la carga;

- medios de medida de las componentes (ia, ib, ic) de la corriente de la carga;

- medios de control encargados de:

- obtener el fasor espacial vector Ug (U{al}, U{be}) de la tensión medida;

- obtener el fasor espacial vector ig (i{al}, i{be}) de la corriente medida;

- obtener el incremento de corriente {dl}vector ig = vector ig* -vector ig, siendo vector ig* (i*{al}, i*{be}) la corriente espacial de referencia;

- calcular el fasor espacial tensión vector UCONV (Uc{al}, Uc{be}) a aplicar para que la corriente vector ig evolucione hacia vector ig*;

- aplicar mediante modulación de fasores espaciales los tiempos de conmutación de los transistores del inversor.

Sistema y procedimiento de control de un inversor electrónico como fuente de corriente no lineal.

Sector de la técnica La invención se encuadra en el sector técnico de la generación y el transporte de energía eléctrica. Más concretamente, en el control de generadores eléctricos conectados a la red eléctrica.

Estado de la técnica

El control de inversores electrónicos es un tema sobre el que existe una amplia literatura técnica.

Desde el punto de vista de la magnitud generada y la magnitud realimentada, las distintas soluciones para efectuar el control de un inversor electrónico se pueden agrupar en cuatro opciones:

• Generación de tensión con el inversor y realimentación del valor de tensión logrado. Utilizan modulación de ancho de pulso (PWM) y corresponde al caso de una fuente de tensión pura (también denominado inversor en fuente de tensión, controlado en tensión)

• Generación de tensión pero con realimentación de la corriente generada, tal y como se muestra en la Figura 1. En este caso se pretende generar una corriente y la tensión creada por el inversor toma los valores necesarios para obtenerla. Utiliza modulación PWM y se le denomina fuente de intensidad lineal. Su mayor ventaja es que su implementación en un microprocesador resulta sencilla y no exige un reducido tiempo de muestreo. (también denominado inversor en fuente de tensión, controlado en corriente)

• Generación de corriente y realimentación de la corriente generada, como se muestra en la Figura 2. Se basa en la utilización de bandas de histéresis dentro de las cuales evoluciona la corriente generada por el inversor. En este caso lo más habitual es conmutar los interruptores de corte a conducción y viceversa (técnica conocida como Bang-Bang) para obligar a la corriente a evolucionar hacia determinados valores contenidos dentro de una banda de histéresis, Figura 3. En ocasiones también se emplea con modulación PWM, Figura 4 y Figura 5, para imponer una frecuencia de conmutación constante que facilite el cálculo del filtro y proporcione unas pérdidas por conmutación previsibles.

Se les denomina fuente de corriente no lineal y corresponde al caso de una fuente de corriente pura. Una de las ventajas del sistema no lineal es que construye directamente la forma de onda deseada lo que permite una mayor velocidad de respuesta en la inyección de corriente y potencia que el método lineal. Sin embargo, el tiempo de muestreo empleado por el microprocesador de control debe ser muy alto para evitar que las corrientes de fase evolucionen fuera de los límites de sus bandas de histéresis (también denominado inversor en fuente de intensidad, controlado en corriente)

• Generación de corriente y realimentación de la tensión generada. No tiene aplicaciones prácticas.

El mayor inconveniente de las fuentes de tensión con modulación SVM realimentadas en corriente es que su respuesta transitoria es lenta ya que está afectada por la dinámica de los reguladores P-I que utilizan (Figura 1) . En contrapartida, el espectro armónico de la corriente que generan es bueno.

Por otro lado, aunque el resultado de un control no lineal de la corriente es una mayor velocidad de respuesta frente a transitorios, su funcionamiento se basa en un control brusco de la tensión, lo que da lugar a un mayor contenido en armónicos en la forma de onda de la corriente resultante. Efectivamente, debido a que el control no lineal de la tensión aplicada es del tipo "todo o nada", la corriente resultante evoluciona sin un estrecho control.

Descripción de la invención La presente invención resuelve los problemas anteriores, combinando la generación de una amplia gama de valores de tensión mediante la técnica SVM con el concepto de banda de histéresis que define un funcionamiento no lineal. Como resultado se obtiene una respuesta transitoria muy rápida pero combinada con un mejor espectro armónico en la forma de onda de la corriente.

Debido a que el empleo de la técnica SVM hace posible la generación de una gran gama de fasores espaciales tensión es posible hacer evolucionar el fasor espacial corriente sobre una gran variedad de trayectorias. En consecuencia, la banda espacial de histéresis resultante del procedimiento de la invención es un círculo alrededor del extremo del fasor corriente (Figura 9) . Esta banda espacial circular representa una ventaja ya que simplifica la comprobación de si la corriente ha rebasado la banda de histéresis. Para ello basta comparar el valor del módulo del incremento de corriente generado, independientemente de la dirección del fasor, con el radio del círculo de histéresis permitido.

A diferencia de otras técnicas no lineales que aplican únicamente los ocho posibles valores espaciales de tensión, el sistema de la invención, utiliza la ecuación de la conexión entre el inversor y la red o la carga para determinar, de una manera exacta, el valor de la tensión que se debe generar y es capaz de generarla gracias a que la técnica SVM permite la generación de valores intermedios de tensión.

La presente invención sirve para controlar un inversor electrónico como fuente de intensidad no lineal ya que el sistema aplica fasores espaciales de tensión que obligan al fasor espacial corriente a evolucionar en la dirección deseada dentro de un área espacial de histéresis.

La presente invención describe un sistema y un procedimiento para controlar la corriente que un inversor electrónico inyecta en una red eléctrica trifásica. El sistema realiza un control totalmente en vectores espaciales en lugar 10 de sobre los valores instantáneos de cada corriente de fase por lo que utiliza una única área espacial de histéresis para el vector espacial corriente, en lugar de una banda de valores por cada una de las corrientes.

El sistema de control calcula en cada ciclo el fasor espacial tensión que es necesario aplicar para que el fasor espacial corriente evolucione en la dirección adecuada acorde con la referencia. En el cálculo se emplea el modelo de la conexión a red de un inversor, por lo que esta invención es específica para el control de inversores conectados a la red eléctrica trifásica, aunque es adaptable a otro tipo de cargas trifásicas. Una vez obtenido el fasor tensión en cada ciclo de programa, el sistema de control calcula los tiempos de conmutación de los transistores que componen el inversor mediante la técnica de modulación de fasores espaciales SVM, que le permite aplicar gran variedad de fasores tensión.

El sistema de control de un inversor trifásico como fuente de corriente no lineal objeto de la presente invención, en el que el inversor está conectado a una carga trifásica o a la red eléctrica trifásica, comprende:

- medios de medida de la tensión Ucc en la zona de corriente continua del inversor;

- medios de medida de las tres componentes (ia, ib, ic) de la corriente trifásica de la carga o red trifásica;

- medios de control (preferentemente un procesador digital de señal) configurados para, de manera iterativa:

• obtener el fasor espacial i (ia, if) en coordenadas espaciales fijas de la corriente trifásica medida;

g

• obtener el incremento de corriente 1i= i *-i , siendo i* (i*a, i*f) la corriente espacial de ggg g

referencia en coordenadas espaciales fijas;

• calcular, a partir de 1i, Ucc y de la ecuación en fasores espaciales que describe la conexión del g

inversor con la carga o red trifásica, el fasor espacial tensión U

(Uc a, Uc f) en coordenadas espaciales fijas a aplicar por el inversor para que la corriente en la carga o red trifásica i evolucione hacia la corriente de g

conv

referencia i*;

g

• calcular y aplicar, a partir del fasor espacial tensión obtenido U (Uc a, Uc f) y mediante la técnica conv

de modulación de fasores espaciales, los tiempos de conmutación de los transistores del inversor.

En una realización preferente los medios de control están configurados para realizar el cálculo del fasor espacial tensión U

, y realizar la correspondiente conmutación de los transistores del inversor, sólo si se cumple conv