ESCUELA DE DOCTORADO

 
Tesis Doctorales de la Universidad de Alcalá
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DIGITAL COMMUNICATIONS FOR THE CONTROL OF MODULAR MULTILEVEL CONVERTERS
Autor/aPerpetuo Correa, Tomas
DepartamentoElectrónica
Director/aBueno Peña, Emilio José
Codirector/aRodríguez Sánchez, Francisco Javier
Fecha de defensa09/04/2019
CalificaciónSobresaliente
ProgramaElectrónica: Sistemas Electrónicos Avanzados. Sistemas Inteligentes (RD 99/2011)
Mención internacionalNo
ResumenInventado en 2001, el 'Modular Multilevel Converter' (MMC) marcó un salto en la tecnología importante en la gestión de redes energéticas de alta tensión. Desde entonces, los convertidores MMCs han ganado mucha atención en la academia y en la industria y han sido ampliamente estudiados. Sin embargo, el número de trabajos que exploran el uso de las comunicaciones digitales dentro de los lazos de control internos de los MMCs, con periodos de muestreo del orden de los cientos de microsegundos, es muy reducido. La comunicación digital empleada para implementar una red de control interno simplifica el montaje y el mantenimiento del convertidor. También permite adaptar nuevas estrategias de control o parametrizar las celdas que conforman el MMC durante la operación. Todo ello justifica el estudio que se va a realizar en esta Tesis, relacionado con el empleo de comunicaciones de alta velocidad dentro de los lazos internos de control de los MMCs. En este trabajo, se investigan varios aspectos de las comunicaciones digitales de alta velocidad para MMC. Comienza con una revisión de los principios operativos y las características de control particulares de los MMCs, y del estado de la técnica de las soluciones de comunicación para convertidores electrónicos de potencia de características similares. También se discute la interacción entre el modelo del MMC y los retardos introducidos por la red de comunicaciones interna de alta velocidad, lo que influye tanto en el diseño de los lazos de control como en la elección de dicha red de comunicaciones. Para reducir el efecto en la operación del convertidor, de forma que este siga verificando los códigos de red desde el punto de vista de tiempos de actuación ante perturbaciones transitorias de la red, en esta Tesis se propone una estrategia de co-diseño para el control y las comunicaciones que permite operar a redes de comunicaciones conectadas en anillo y basadas en Ethernet con Tiempos de Ciclo Mínimos (Minimum Cycle Time), de forma que el convertidor verifique los tiempos de respuesta establecidos, lo cual es especialmente crítico en convertidores con cientos de celdas. La Tesis también estudia el retardo interno introducido por los nodos Ethernet y se proponen aceleradores de hardware implementados sobre Field Programmable Array (FPGA) lo que minimiza la latencia durante la recepción de paquetes. Para compensar los retardos introducidos por las comunicaciones, y asegurar un comportamiento óptimo del lazo, se propone el empleo de un predictor basado en un modelo del control de corriente. Se verifica su operación ante variaciones de los parámetros del convertidor, presentando resultados de simulación y experimentales. En conclusión, la Tesis pretende ser una contribución relevante en la introducción de comunicaciones de alta velocidad en los lazos de control con tiempos de muestreo reducidos de convertidores multinivel de elevado número de celdas, verificando las normativas en cuanto a tiempos de respuesta, pero a la vez optimizando el montaje y mantenimiento de este tipo de convertidores