ESTRATEGIA EQUILIBRADA DE CONTROL DE LOS INTERRUPTORES DE CONVERTIDORES ESTATICOS DE MAS DE TRES NIVELES.

Estrategia equilibrada de control de los interruptores de convertidores estáticos de más de tres niveles.

Se presenta una estrategia de control de los interruptores de un convertidor estático de potencia de dos ramas (monofásico) o tres ramas (trifásico) de n niveles, donde n > 3, definida a partir de expresiones que determinan las relaciones de servicio de fase.Con capacidades muy reducidas de los condensadores que permiten el acceso a los distintos puntos intermedios del bus de corriente continua (cc), esta estrategia de control permite mantener equilibradas las tensiones de estos condensadores, de manera que se equilibran los voltajes que tienen que bloquear los interruptores.La estrategia es aplicable a cualquier sistema que incorpore un convertidor estático de dos o tres ramas de más de tres niveles, como, por ejemplo, accionamientos de motores eléctricos de corriente alterna (ca), sistemas de aprovechamiento de energías renovables, equipos de tracción eléctrica, sistemas de alimentación, etc

Estrategia equilibrada de control de los interruptores de convertidores estáticos de más de tres niveles.

Sector de la técnica

Hardware electrónico para sistemas eléctricos y electrónicos de potencia.

Estado de la técnica

Los trabajos publicados sobre los convertidores estáticos de más de tres niveles son relativamente pocos en cantidad, debido a que el interés en estos convertidores es reciente por el descenso en el coste de los interruptores de potencia.

En este entorno, la mayoría de los estudios se centran en analizar la aplicabilidad de los convertidores estáticos de más de tres niveles a diferentes aplicaciones, explorando sus ventajas e inconvenientes. Concretamente, se han publicado estudios de aplicabilidad a:

• Accionamientos de motores eléctricos de ca.

• Sistemas de alimentación con compensación del factor de potencia.

• Acondicionadores de calidad de potencia.

Pocos trabajos se han dedicado a proponer una metodología de equilibrado de los voltajes del bus de cc, utilizando una estrategia de modulación de los interruptores.

Esencialmente, las aportaciones realizadas en cuanto a estrategias de modulación de los interruptores del convertidor estático son estrategias que resuelven el problema del equilibrado de los voltajes del bus de cc en condiciones muy particulares de funcionamiento, asumiendo que hay puntos de trabajo en los que no es posible el equilibrado.

No se considera la problemática de definir una estrategia de modulación que garantice el equilibrado de los voltajes de los condensadores del bus de cc en cualquier punto de operación y de forma independiente a la aplicación.

Esta solicitud de patente se presenta como complemento de las siguientes solicitudes de patente:

1. Inventores (p.o. de firma): S. Busquets-Monge y J. Bordonau

Título: Estrategia equilibrada de control de los interruptores de un convertidor estático trifásico de cuatro niveles

N. de solicitud: P200600975 País de prioridad: España Fecha de prioridad: 06/04/2006

Entidad titular: Universidad Politécnica de Cataluña

2. Inventores (p.o. de firma): S. Busquets-Monge y J. Bordonau

Título: Estrategia equilibrada de control de los interruptores de un convertidor estático trifásico de cinco niveles

N. de solicitud: P200601520 País de prioridad: España Fecha de prioridad: 01/06/2006

Entidad titular: Universidad Politécnica de Cataluña

3. Inventores (p.o. de firma): S. Busquets-Monge y J. Bordonau

Título: Estrategia equilibrada de control de los interruptores de convertidores estáticos trifásicos de más de cinco niveles

N. de solicitud: P200601805 País de prioridad: España Fecha de prioridad: 30/06/2006

Entidad titular: Universidad Politécnica de Cataluña

Descripción

Se define un método de control de los interruptores de un convertidor estático de dos ramas o de tres ramas, de n niveles, representado por el diagrama funcional de la Figura 1 para el caso de dos ramas y por el de la Figura 2 para el caso de tres ramas. El convertidor genera la tensión compuesta simple o triple de salida conectando cada una de las fases (a y b ó a, b y c) a cualquiera de los n puntos de conexión del bus de corriente continua (cc) (designados: 1, 2,..., n). El punto al que se conecta cada fase puede variar con el tiempo.

El vector de referencia V_ref = V_1-1,p ∠leθ de la Fig. 3 representa la tensión compuesta simple o triple deseada a la salida del convertidor. Proyectando ortogonalmente V_ref sobre cada uno de los ejes de tensión compuesta (v_ab, v_bc, v_ca) se obtiene el correspondiente valor de tensión compuesta representado por este vector.

Se define un intervalo de tiempo, el periodo de conmutación, designado como T_s. Se designa como d_xy, la relación de servicio o tanto por uno del periodo de conmutación que la fase x ε {a, b, c} está conectada al punto del bus de cc y ε {1, 2,..., n}. Se define el índice de modulación m = V_1,1,p/V_cc. El conjunto propuesto de estrategias de control de los interruptores para el caso del convertidor de dos ramas queda definido por las siguientes expresiones:

El conjunto propuesto de estrategias de control de los interruptores para el caso del convertidor de tres ramas queda definido por las siguientes expresiones:

Si la suma de corrientes de fase (i_a + i_b ó i_a + i_b + i_c) es igual a cero, las estrategias de control del convertidor definidas introducen una corriente promedio (en cada ciclo de conmutación) en los puntos intermedios 2, 3,..., n-1 (i₂, i₃,..., i_n-1) igual a cero. En el caso en que el bus de cc esté configurado por un conjunto de n-1 condensadores conectados en serie, esto permite reducir significativamente la capacidad de los n-1 condensadores del bus de cc (manteniendo equilibradas las tensiones de estos n-1 condensadores), tanto más cuanto menor sea el periodo del ciclo de conmutación entre los distintos estados del convertidor.

Modos de realización de la invención

La presente invención se ilustra adicionalmente mediante el siguiente ejemplo, el cual no pretende ser limitativo de su alcance.

Ejemplo 1

Las expresiones (1) y (2) definen un conjunto de estrategias de modulación. Una estrategia particular interesante se puede definir con la adición de la siguiente expresión para el caso del convertidor de dos ramas:

Para el caso del convertidor de tres ramas:

Finalmente, en cada ciclo de conmutación se secuencian de forma simétrica, primero en orden decreciente y luego creciente (o viceversa), las conexiones de cada fase a cada uno de los puntos del bus de cc, tal como se muestra en la Figura 4.

1. Una estrategia de control de los interruptores de un convertidor estático de dos ramas de n niveles (n > 3) caracterizada por que la relación de servicio de fase para cada punto intermedio (2,..., n-1) del bus de corriente continua es igual para las dos fases, con lo que cuando la suma de corrientes de fase es igual a cero, la corriente asociada promedio (en cada ciclo de conmutación) que circula por los puntos intermedios del bus de corriente continua es igual a cero.

2. Una estrategia de control de los interruptores de un convertidor estático de tres ramas de n niveles (n > 3) caracterizada por que la relación de servicio de fase para cada punto intermedio (2,..., n-1) del bus de corriente continua es igual para las tres fases, con lo que cuando la suma de corrientes de fase es igual a cero, la corriente asociada promedio (en cada ciclo de conmutación) que circula por los puntos intermedios del bus de corriente continua es igual a cero.

3. Una estrategia de control de los interruptores de un convertidor estático de dos o tres ramas de n niveles (n > 3) según reivindicaciones 1 ó 2, caracterizada por que todas las relaciones de servicio de conexión de las fases a, b, y c a los puntos del bus de corriente continua 2,..., n-1 son iguales.

4. Una estrategia de control de los interruptores de un convertidor estático de dos o tres ramas de n niveles (n > 3) según reivindicación 1 ó 2 y 3, caracterizada por que se ordena de forma simétrica la secuencia de conexión de cada fase a cada uno de los puntos del bus de corriente continua en cada ciclo de conmutación.