Estrategias de control para convertidores electrónicos de potencia que utilizan filtros LCL

Abstract

El trabajo realizado en el transcurso de esta tesis, se centra en el control de convertidores de potencia con filtro LCL, utilizados en sistemas de generación distribuida. Este trabajo, concluye con el desarrollo de una técnica de control para la inyección de potencia a una red que puede presentar fallas o anomalías, utilizando una cantidad mínima de sensores. A lo largo de la tesis, se proponen varias estrategias de control, con la particularidad de que todas son aptas para sistemas conformados por filtros LCL de baja frecuencia de resonancia, y requieren la medición de un único estado del filtro LCL. La primera estrategia propone una modificación de un controlador PI clásico, que permite controlar un convertidor CC-CC de tipo Boost con filtro LCL, posicionando todos los polos del sistema en lazo cerrado. Siguiendo la misma línea de investigacióon, aplicada al terreno de los inversores CC-CA trifásicos, se propone un controlador de corriente basado en la modificación de un regulador PR, que permite controlar un VSI con filtro LCL posicionando todos los polos del sistema en lazo cerrado. Luego, dicho controlador evoluciona hacia una estrategia diferente, la cual permite regular la inyección de corriente a la red, utilizando un diseño óptimo de un regulador PR clásico. Finalmente, se propone el uso de un observador que, utilizando sólo la medición de la corriente inyectada a la red, permite implementar tanto un control óptimo de esta corriente, como la sincronización del sistema con la tensión de la red sin medir dicha tensión. La validez y efectividad de las estratégias propuestas es demostrada mediante simulación, y en la mayoría de los casos, mediante resultados experimentales.

The work done during the course of this thesis focuses on the control of power converters with LCL filter, used in distributed generation systems. This work, concludes with the development of a control technique for power injection to a grid that can present faults or anomalies, using a minimum number of sensors. Throughout this thesis, several control strategies are proposed, with the particularity that all are suitable for systems composed by LCL filters with a low resonance frequency, and require the measurement of a single LCL filter state. The first strategy proposes a modification of a classic PI controller, which allows controlling a boost type DC-DC converter with LCL filter, by assigning all the system closed loop poles. Following the same line of research, applied to the field of three-phase DC-AC inverters, it is proposed a current controller based on the modification of a PR regulator, which allows controlling a VSI with LCL filter by assigning all the system closed loop poles. Then, such controller evolves towards a different strategy, that allows controlling the current that the system injects to the grid, using an optimum design of a classic PR regulator. Finally, it is proposed the use of an observer which, using only the measurement of the current injected to the grid, allows to implement both an optimal control of this current and the grid voltage sensorless synchronization of the system. The validity and effectiveness of the proposed strategies are demonstrated by simulation, and in most cases by experimental results.