Aplicaciones de Control Lineal Basado en Pasividad en Convertidores Multi-celda

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José Ignacio Ortíz Contreras
hace 8 años
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1 Aplcacnes de Cntrl Lneal Basad en Pasvdad en Cnvertdres Mult-celda ess presentada en cumplment parcal de ls requerments del grad de Dctr en Cencas de la Ingenería de la Escuela de Graduads de la

2 Accnaments Meda ensón Característcas Rang de ensón 2200 Vlts 13.8 KVlts Rang de Ptenca 300KW - 75MW plgías NPC (Neutral Pnt Clamped) LCI (Lad Cnmutated Inverter) Cclcnversr Fuente de Crrente Multcelda - 2 de 37 -

3 Cnvertdr Mult-celda Característcas Alta caldad de la energía Crrente de entrada Cumple nrmas de cntend armónc Elevad factr de ptenca Vltaje de carga Dsmnuye trques pulsantes Baja nterferenca electrmagnétca Mdulardad Alta dspnbldad Aslacón galvánca - 3 de 37 -

ptenca Vltaje de carga Dsmnuye trques pulsantes Baja nterferenca

4 Cnvertdr Multcelda plgía de Ptenca - 4 de 37 -

5 Cnvertdr Multcelda Crrente de entrada multpuls Grups de secundars(k) Desfase relatv (φs) Crrente de entrada Armóncs n elmnads 2 π/6 12 pulss 12h 1 3 π/9 18 pulss 18h 1 4 π/12 24 pulss 24h 1 5 π/15 30 pulss 30h 1 6 π/18 36 pulss 36h 1-5 de 37 -

n elmnads 2 π/6 12 pulss 12h 1 3 π/9 18 pulss 18h 1 4 π/12

6 Cnvertdr Multcelda Vltaje de salda multnvel Grups de celdas Desfase trangulares π 2 π/3 π/2 2 π/5 π/3 Vltaje de salda 5 nveles 7 nveles 9 nveles 11 nveles 13 nveles - 6 de 37 -

7 Cnvertdr Multcelda Dseñ Cndensadr DC Crrente Inversr nv V I 2V dc V I cs( ϕ ) cs(2ωt + ϕ) 2V dc Crrente Cndensadr c V I 2V dc cs(2ω t + ϕ ) Vltaje Cndensadr v~ dc V I 2ω V dc C dc Ecuacón Dseñ Cndensadr C dc V 2ω V 2 dc I v~ dc (%) - 7 de 37 -

2V dc cs(2ω t + ϕ ) Vltaje Cndensadr v~ dc V I 2ω V dc C dc

8 Cnvertdr Multcelda Operacón ante desbalance Estuds de desbalance ANSI C %<3% 66%<1% EPRI Avg Unbalance2% Nrmas debalance ANSI C % IEC % (sec.neg) Efect en mtres ANSI C Std MG Indcan deratng para desbalance sbre el 1% - 8 de 37 -

C84.1-1995 3% IEC 61000-4-27 2% (sec.neg) Efect en mtres ANSI C84.

9 Cnvertdr Multcelda Desbalance en el rasfrmadr Desbalance de Vltajes u v, s uv, p 2φ s Desbalance de Crrentes u K 1 ( k ) u, s k 0, p K 2φ s (1) Pérez M., Baer C., Espnza J. R. and Rdríguez J. R., Analyss f a Mult-Cell Cnverter under Unbalanced AC Surce, Pwer Electrncs Specalst Cnference, PESC ' IEEE 36th Annual, June 2005 Page(s): de 37 -

10 Cnvertdr Multcelda Desbalance en el Rectfcadr Md 4 pulss Md 2 pulss Desbalance De Crrente Desbalance Cn Respect a la Capacdad del Enlace DC - 10 de 37 -

11 Cnvertdr Multcelda Efect desbalance Enlace DC V V V dc1u dc2u dc3u V V V dc1v dc2v dc3v V V V dc1w dc2v dc3w V V V dc dc dc ( U v ( U ( U, φ + 40 ) v v v, φ ) v, φ 40 ) v Vltaje de Salda V V V u v w m m m u v w ( V ( V ( V dc1u dc1v dc1w + V + V + V dc2u dc2v dc2w + V + V + V dc3u dc3v ) ) dc3w ) - 11 de 37 -

φ ) v, φ 40 ) v Vltaje de Salda V V V u v w m m m u v w ( V ( V ( V dc1u dc1v

12 Optmzacón n de las característcas del Cnvertdr mult-celda Celda regeneratva plgía de Ptenca Frmas de Onda Característcas - 12 de 37 -

13 Optmzacón n de las característcas del Cnvertdr mult-celda Cntrl de la ptenca actva y reactva Carga Pasva Carga Actva - 13 de 37 -

14 Optmzacón n de las característcas del Cnvertdr mult-celda Mnmzacón del enlace DC Ptenca Instantánea de Entrada p q s s v v sd sd sd sq + v v sq sq sq sd Ptenca Instantánea de Salda p q v 0 Referenca dq sdref sqref 0 v v sd Ptenca de Salda v V I 2 V I cs( ϕ ) cs(2ωt + ϕ) 2 (2) Pérez M. A., Espnza J. R., Rdríguez J. R., Lezana P. Regeneratve Medum Vltaje AC Drve Based n Multcell Arrangenment wth Reduced Energy Strage Requrements IEEE ransactn n Industral Electrncs, N 1, Vl. 52, pp. Febrer de 37 -

cs( ϕ ) cs(2ωt + ϕ) 2 (2) Pérez M. A., Espnza J. R., Rdríguez J. R., Lezana P.

15 Optmzacón n de las característcas del Cnvertdr mult-celda Mnmzacón del enlace DC Referenca Crrente rfásca aref V I 6V s V I 6V s V I 3V s sn sn cs( ϕ )sn( ω t) (( ω + 2ω ) t + ϕ ) s (( ω 2ω ) t ϕ ) s s - 15 de 37 -

16 Optmzacón n de las característcas del Cnvertdr mult-celda Mnmzacón del enlace DC Referenca Crrente tal aref arefu V I V s + arefv + cs( ϕ )sn( ω t) arefw s (3) M. Pérez, J. Espnza, J. Rdríguez y P. Lezana, Regeneratve medum-vltage AC drve base n a mult-cell arrangement wth mnmum energy strage requrements, ISIE 2002, L Aqula, Italy, July 8-11, de 37 -

17 Optmzacón n de las característcas del Cnvertdr mult-celda Desbalance en ls vltajes de almentacón u g 1 1+ g G ac u V v v dc + s g + 1+ g m + u m - 17 de 37 -

18 Optmzacón n de las característcas del Cnvertdr mult-celda Cmparacón de Cnfabldad y Efcenca - 18 de 37 -

19 Optmzacón n de las característcas del Cnvertdr mult-celda Cmparacón de Cnfabldad y Efcenca Accnament cn puente de dds Accnament cn rectfcadr cntrlad - 19 de 37 -

20 Cntrl lneal basad en pasvdad Sstemas dspatvs y sstemas pasvs Sstemas Dspatvs H ( x) w( u, y) Sstemas Pasvs w ( u, y) y u x f( x) + G( x) u y h( x) H x H f( x) + G( x) u x h( x) u - 20 de 37 -

21 Cntrl lneal basad en pasvdad Establdad de Sstemas Pasvs H x G( x) h( x) H x f( x) 0 Detectabldad h( x * ) 0 Matrz de desacplament defnda pstva x h G( x) > 0 Dnámca cer estable - 21 de 37 -

22 Cntrl lneal basad en pasvdad Pasvcacón medante accón cnstante Cntrladr PI V x u v + [ ( ) + ( ) ] 0 f x G x u K y z K y p + z Funcón de energía W -h ( x) K h ( x) p 0-22 de 37 -

23 Cntrl lneal basad en pasvdad Cntrladr Prpuest W x G( x) h( x) W ML G x C r dc 1 + x 3 ac Gac h( x) Mx 3 x 2 x 1-23 de 37 -

24 - 24 de 37 - Cntrl lneal basad en pasvdad Cntrl lneal basad en pasvdad Establdad de sstemas pasvs en laz cerrad W H V + α [ ] 0 ) ( ) ( + G x x f x V 0 ) ( g x x J R J x x R x 0 m W H W H H η η η Funcón de energía Mdfcada Cndcón de Establdad (4) Pérez M., Ortega R., Espnza J., Passvty-based PI Cntrl f Swtched Pwer Cnverters, IEEE ransactn n Cltrl System echnlgy, N 6, Vl 12, pp , Nvembre 2004

25 Cntrl lneal basad en pasvdad Establdad de sstemas pasvs en laz cerrad x Ax ( ) x + c( ) 0 + b ( ) A b 1 r x r G e + 2 ac e A + b 0 r 2G ac R dc r( MVsd + 1+ R r M dc r I 2 ) 2-25 de 37 -

26 Cntrl lneal basad en pasvdad Laz de cntrl extern (5) Pérez M.A., Ortega R., Espnza J.R. Passvty-based Cntrl f hree-phase Swtched Pwer Cnverters, he 30th Annual Cnference f the IEEE Industral Electrncs Scety, 2004, IECON 04. Busan, Crea de 37 -

27 Implementacón - 27 de 37 -

28 Resultads Cmparacón PBC Lnealzadr de estads Lnealzadr de estads Cntrladr basad en pasvdad - 28 de 37 -

29 Resultads Mnmzacón de ptenca en la enlace DC - 29 de 37 -

30 Resultads Mnmzacón de ptenca en el enlace DC - 30 de 37 -

31 Resultads Mnmzacón de ptenca en el enlace DC - 31 de 37 -

32 Resultads Mnmzacón de ptenca en el enlace DC - 32 de 37 -

33 Resultads Cmparacón ante desbalances - 33 de 37 -

34 Resultads Operacón regeneratva - 34 de 37 -

35 Cnclusnes Cnvertdr Mult-celda Caldad de Energía Entrada/Salda Alta dspnbldad N Permte Manej de Cargas Regeneratvas Requere Alta Capacdad en enlace DC Alta sensbldad ante desbalances Reemplaz Puente de dds pr Rectfcadr cntrlad Permte Cargas Regeneratvas Permte cntrl de ptenca reactva Mnmzacón de enlace DC (Rde-hrugh) Dsmnuye sensbldad ante desbalances Dsmnuye la Cnfabldad Dsmnuye la Efcenca - 35 de 37 -

36 Cnclusnes rabajs futurs Sntnzacón de cntrladres Optmzacón dseñ cndensadr DC Estratega de cntrl para cmpensar efects de desbalance - 36 de 37 -

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