Conclusiones. Conclusiones

Transcripción

1 Conclusiones A lo largo del desarrollo de este trabajo se realizó un análisis matemático de un Rectificador Activo Multinivel Monofásico (RAMM) mediante el cual fue posible determinar sus características y limitaciones, así como regular su comportamiento con el fin de obtener una mejoría en su desempeño y por consiguiente un aprovechamiento eficiente de la energía. Lo anterior se logró modificando la dinámica del rectificador a través de cuatro estrategias de control con características similares diseñadas a partir del modelo del mismo. A continuación a manera de concluir el presente estudio, se enlistan los resultados más relevantes, así como una conclusión general del desempeño del controlador sujeto de análisis en esta tesis. Finalmente, se hacen algunas recomendaciones y sugerencias para trabajos futuros. 95

2 Conclusiones En este trabajo de tesis se explota la capacidad del Rectificador Activo Multinivel Monofásico para reducir los efectos de los principales problemas asociados a los sistemas de rectificación como lo son sags de voltaje o cargas dinámicas, para ello se modelan dichos problemas como perturbaciones tanto en la fuente de alimentación como en la corriente que se demanda al rectificador. Como el objetivo principal del trabajo es aplicar el controlador GPI como elemento que brinde robustez al sistema, el trabajo se divide en dos etapas, en la primera etapa se diseñan dos estrategias de control: Control lineal. Control no lineal. ambas con características similares, como es el hecho de que ambas están basadas en el modelo dq del RAMM y proporcionan un desempeño similar al rectificador en estado estable cuando éste opera a potencia nominal mediante el control indirecto del voltaje de cd. La primera estrategia cancela localmente los acoplamientos entre las componentes dq de la corriente de entrada, logrando una estructura lineal de dichas componentes, de tal manera que un compensador PI regula el comportamiento de la corriente, estabilizándola en su punto de operación y logrando que esté en fase con el voltaje de entrada. Para evitar el uso de un estimador de potencia, se emplea la señal disponible del voltaje de salida, de tal forma que un compensador PI brinda la referencia para el eje d en el lazo interno de corriente completando el esquema de control. El diseño de la segunda estrategia de control se basa en la teoría de la linealización entrada-salida para sistemas MIMO. Entonces, tomando como vector de salida los ejes dq de la corriente de entrada se obtiene un algoritmo de control para cada componente. La principal diferencia entre ambas leyes de control es que la estrategia de control lineal tiene validez solamente en el punto de operación para el cual fue diseñada mientras que el controlador no lineal tiene un rango de operación más amplio y no pierde validez siempre y cuando se opere al rectificador dentro de sus límites de funcionamiento. A partir de una comparación entre estos esquemas de control, se determinó que en estado estable, ambos algoritmos cumplen de manera satisfactoria con los objetivos para los cuales fueron diseñados; es decir, proporcionan un alto factor de potencia y disminuyen de manera considerable la distorsión armónica de la corriente de entrada gracias a que no existen errores de seguimiento en estado estable, de manera adicional regulan el comportamiento del bus de cd estabilizándolo en un punto de operación deseado y con un rizo de voltaje pequeño. Finalmente la característica más importante es que proporcionan la estructura lineal necesaria para la aplicación del GPI. 96

3 La segunda etapa del trabajo se inició una vez obtenida la estructura lineal deseada, en esta etapa se sustituyeron las entradas de control auxiliares de los esquemas obtenidos anteriormente por controladores PI Generalizados, de esta manera se obtuvieron dos nuevas estrategias de control: Control lineal & GPI. Control no lineal & GPI. en donde se modeló a la fuente de voltaje y a la demanda de corriente como perturbaciones aditivas desconocidas aproximadas por polinomios de segundo orden; así, se propuso un controlador GPI de tercer orden capaz de compensar dichas variaciones desconocidas. Cabe mencionar que gracias a la ayuda de los esquemas de control diseñados en la primer etapa, se evitó que el controlador GPI fuera de un orden elevado, la razón de esto es debido a que las no linealidades y los acoplamientos presentes en el modelo del RAMM se cancelaron previamente en lugar de caracterizarlos dentro los polinomios considerados como perturbaciones. De esta forma se evita el diseño de observadores GPI que ayuden a disminuir los sobretiros excesivos al inicio de la respuesta ocasionados por las largas cadenas de integradores empleadas usualmente en el diseño de este tipo de controladores. Una vez diseñados los esquemas de control complementados con el controlador GPI, se realizó una comparativa entre los algoritmos de control con la finalidad de comparar el desempeño de los mismos. Como resultado principal de esta comparativa se observó que los esquemas de control que usan el PI Generalizado mejoran la calidad del bus de cd cuando se presentan perturbaciones desconocidas apareciendo en un tiempo también desconocido y sin deteriorar el desempeño general del rectificador en estado estable. Finalmente, se seleccionó al controlador no lineal & GPI como el esquema con mejor desempeño y se sometió a una serie de pruebas en donde se demostraron sus características y ventajas, entre las que se encuentran: Robustez ante variaciones en sus parámetros, ruido en las señales, perturbaciones en el voltaje de entrada y una demanda de corriente desconocida. Estabilidad en un amplio rango de operación. Control independiente de las componentes dq. Rápida respuesta dinámica. Alto factor de potencia. Baja distorsión armónica en la corriente de entrada. 97

4 Aportaciones La aportación principal de este trabajo es la aplicación del controlador PI Generalizado a sistemas de rectificación, el cual no se había reportado en la literatura hasta ahora. También se pueden mencionar como aportaciones: La obtención de dos nuevos modelos del RAMM con características no lineales pero sencillos y suficientemente diferenciables. El diseño de cuatro esquemas de control para el rectificador. Una justificación clara del por qué es posible controlar el voltaje de cd de manera indirecta sin que el sistema pierda estabilidad. Este análisis se realizó verificando la evolución del voltaje a través del modelo en dq para el caso del controlador lineal. Por otro lado, para el caso del controlador no lineal, se comprobó la estabilidad de la dinámica cero. El análisis del GPI como elemento que proporciona robustez ante perturbaciones desconocidas apareciendo en un tiempo desconocido. Una comparativa entre los esquemas con controladores PI contra los esquemas con controladores GPI. El análisis del desempeño del controlador PI Generalizado. Se determinaron las capacidades del rectificador y sus límites de operación a través de un estudio en estado estable del modelo obtenido en el marco de referencia dq. Trabajo futuro Como sugerencias para trabajos futuros se propone: 98 Validación experimental de los resultados obtenidos en este trabajo. Estudio de técnicas de control no lineal para sistemas con diferente número de entradas y salidas. Realizar una planificación de trayectorias de tal forma que se lleve al sistema de manera natural al punto de operación deseado. Verificar la viabilidad del diseño del controlador con un solo lazo de control. Aplicación de los esquemas de control al Rectificador Activo Multinivel Trifásico (RAMT) para escalar los niveles de transferencia de potencia.

5 Producción científica Durante el desarrollo de este trabajo se redactaron y publicaron dos artículos en congresos internacionales: A. R. Ramírez-López, J. J. Lira-Pérez, N. Visairo-Cruz, C. A. Núñez-Gutiérrez. Input-Output Linearization of a Single-Phase Active Multilevel Rectifier in D-Q Synchronous Reference Frame. International Conference on Power Electronics, Aug. 2010, pp A. R. Ramírez-López, N. Visairo-Cruz, C. A. Núñez-Gutiérrez, J. J. Lira-Pérez, H. Sira-Ramírez. Input-Output Linearization and Generalized PI Control of a Single- Phase Active Multilevel Rectifier. International Conference on Electrical Engineering, Computing Science and Automatic Control, Sep. 2010, pp El primero de ellos se presentó en la conferencia plenaria como uno de los mejores trabajos del congreso. 99