Tesis Magíster
Convertidor híbrido multinivel para sistema de conversión de energía eólica con un generador de imanes permanentes dual trifásico
Autor
Kouro-Renaer, Samir
Rodríguez-Pérez, José
Universidad Técnica Federico Santa María
Institución
Resumen
DEBIDO al incremento en el uso de energía a nivel mundial y los problemas
medioambientales que se han producido por la utilizaci´on de combustibles
f´osiles; las energ´ıas renovables no convencionales (ERNC) se han vuelto cada vez
m´as importantes. El desarrollo de la tecnolog´ıa en conjunto con la disminuci´on
de costos, las han hecho cada vez m´as competitivas a nivel industrial. Dentro
de estas, la energ´ıa e´olica es la que presenta el mayor crecimiento en capacidad
instalada a nivel mundial.
Con el fin de capturar una mayor cantidad de energ´ıa y reducir los costos
kWh, actualmente se est´an desarrollando turbinas e´olicas con una capacidad de
multi-MW, en donde se utilizan t´ıpicamente generadores sincr´onicos de imanes
permanentes o rotor devanado con un alto n´umero de polos y varios devanados
trif´asicos, los cuales en la mayor´ıa de los casos operan en baja tensi´on (690[V]). A
la vez, por el lado de la red el´ectrica la utilizaci´on de convertidores multiniveles
operando en media tensi´on se ha vuelto interesante, debido a la mejora en
eficiencia y la calidad de la energ´ıa inyectada a la red.
En el presente trabajo se propone una nueva configuraci´on para un sistema
de conversi´on de energ´ıa e´olica. Se utiliza un generador sincr´onico de imanes
permanentes dual trif´asico y un convertidor de potencia h´ıbrido que sirve de
interfaz entre el generador y la red. Cada uno de los dos grupos de devanados
trif´asicos del generador alimenta un rectificador puente de diodos seguido por
un convertidor DC-DC boost, los cuales se conectan a uno de los capacitores del
enlace DC del convertidor multinivel de punto neutro enclavado de tres niveles
(3L-NPC), ´el que finalmente es conectado al red . De esta forma se logra operar
en baja tensi´on al lado del generador y en media tensi´on a lado de la red.
Para el sistema se propone un esquema de control sencillo. En donde el
sistema al lado del generador (generador, puente de diodos y convertidor DCDC
boost) se controla de forma independiente al sistema al lado de la red
(DC-link, 3L-NPC y red).
Para el sistema conectado al generador, se controla la velocidad de giro y la
corriente que circula por las inductancias de los convertidores DC-DC boost, la
cual es proporcional al torque el´ectrico de la m´aquina. Esto se logra mediante
un control en cascada compuesto por un PI y un control on-off por hist´eresis. La
referencia de la velocidad de giro del generador es dada por el seguimiento del
punto de m´axima potencia (MPPT) basado en la raz´on de la velocidad punta.
Para el sistema conectado a la red se usa control orientado por voltaje
(VOC), en donde se controla la potencia activa y reactiva inyectada a la red
(componentes d y q de la corriente de red respectivamente), mediante el 3LNPC.
El control de potencia activa se utiliza de lazo interno para mantener
balanceado el enlace DC, a trav´es un lazo externo de voltaje.
La nueva topolog´ıa propuesta es modelada y simulada. Posteriormente se
realiza el dise˜no y construcci´on del convertidor de potencia conectado a la red.
Finalmente su desempeño es validado mediante resultados experimentales.