Sistema de control de potencia para un inversor fotovoltaico multinivel en topología de puentes H en cascada

Este trabajo de grado presenta el diseño y la implementación de un sistema de control de potencia activa y reactiva para un prototipo de inversor trifásico multinivel implementado por el grupo de investigación GISEL de la UIS. Con la finalidad de obtener una señal de corriente inyectada a la red con...

Full description

Autores:
Oliveros Garcia, Myller Steveen
Clavijo Chaparro, Diego Andres
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2023
Institución:
Universidad Industrial de Santander
Repositorio:
Repositorio UIS
Idioma:
spa
OAI Identifier:
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Acceso en línea:
https://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/15047
https://noesis.uis.edu.co
Palabra clave:
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sistemas fotovoltaicos
topología de puentes H en cascada
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Multi-level inverter
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Rights
openAccess
License
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description Este trabajo de grado presenta el diseño y la implementación de un sistema de control de potencia activa y reactiva para un prototipo de inversor trifásico multinivel implementado por el grupo de investigación GISEL de la UIS. Con la finalidad de obtener una señal de corriente inyectada a la red con una mejor calidad de la energía, el prototipo del grupo GISEL presenta la topología de inversor multinivel de puentes H conectados en cascada (CHB, por sus siglas en inglés), dado que permite una reducción del contenido armónico de alta frecuencia en las señales de tensión y corriente del lado de alterna del inversor, entre otras ventajas. La estrategia de control de potencia diseñada está fundamentada en la regulación de la corriente de salida del inversor, la cual es sincronizada con la tensión del punto de conexión común. La regulación de corriente se realiza mediante una estrategia de control en lazo cerrado y una técnica de modulación por ancho de pulso, las cuales permiten ajustar los tiempos de encendido y apagado de cada dispositivo semiconductor del inversor y de esta manera la corriente inyectada sigue la corriente de referencia requerida para regular la potencia. Para lo anterior, fue necesaria; la implementación de un sistema de sensado, empleando transductores de tensión y de corriente, para su posterior adquisición en un microcontrolador el cual fue programado para ejecutar la acción de control. Finalmente se verifica el funcionamiento del sistema de control mediante resultados experimentales obtenidos en el prototipo de inversor multinivel del grupo GISEL. Este trabajo de grado fue desarrollado en el marco del proyecto de investigación titulado “Diseño de estrategias alternativas de operación y control para sistemas fotovoltaicos multifuncionales en redes de distribución con alta penetración de energías renovables” código 70416, adscrito al “Programa de Investigación en Tecnologías Emergentes para Microrredes Eléctricas Inteligentes con Alta Penetración de Energías Renovables”, contrato No. 80740-542-2020.
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Con la finalidad de obtener una señal de corriente inyectada a la red con una mejor calidad de la energía, el prototipo del grupo GISEL presenta la topología de inversor multinivel de puentes H conectados en cascada (CHB, por sus siglas en inglés), dado que permite una reducción del contenido armónico de alta frecuencia en las señales de tensión y corriente del lado de alterna del inversor, entre otras ventajas. La estrategia de control de potencia diseñada está fundamentada en la regulación de la corriente de salida del inversor, la cual es sincronizada con la tensión del punto de conexión común. La regulación de corriente se realiza mediante una estrategia de control en lazo cerrado y una técnica de modulación por ancho de pulso, las cuales permiten ajustar los tiempos de encendido y apagado de cada dispositivo semiconductor del inversor y de esta manera la corriente inyectada sigue la corriente de referencia requerida para regular la potencia. Para lo anterior, fue necesaria; la implementación de un sistema de sensado, empleando transductores de tensión y de corriente, para su posterior adquisición en un microcontrolador el cual fue programado para ejecutar la acción de control. Finalmente se verifica el funcionamiento del sistema de control mediante resultados experimentales obtenidos en el prototipo de inversor multinivel del grupo GISEL. Este trabajo de grado fue desarrollado en el marco del proyecto de investigación titulado “Diseño de estrategias alternativas de operación y control para sistemas fotovoltaicos multifuncionales en redes de distribución con alta penetración de energías renovables” código 70416, adscrito al “Programa de Investigación en Tecnologías Emergentes para Microrredes Eléctricas Inteligentes con Alta Penetración de Energías Renovables”, contrato No. 80740-542-2020.PregradoIngeniero ElectricistaThis degree project presents the design and implementation of an active and reactive power control system for a prototype of a multilevel three-phase inverter implemented by the GISEL research group at UIS. To obtain an injected current signal to the grid with improved power quality, the GISEL group's prototype features a cascaded H-bridge multilevel inverter topology (CHB), as it allows for a reduction of high-frequency harmonic content in the voltage and current signals on the AC side of the inverter, among other advantages. The designed power control strategy is based on regulating the output current of the inverter, which is synchronized with the common connection point voltage. The current regulation is achieved through a closed-loop control strategy and a pulse width modulation technique, which allows for adjusting the turn-on and turn-off times of each semiconductor device in the inverter, thereby making the injected current follow the reference current required for power regulation. For this purpose, the implementation of a sensing system using voltage and current transducers was necessary, followed by data acquisition in a microcontroller which was programmed to execute the control action. Finally, the operation of the control system is verified through experimental results obtained from the multilevel inverter prototype of the GISEL group. This undergraduate thesis was developed within the framework of the research project titled "Design of alternative operation and control strategies for multifunctional photovoltaic systems in distribution networks with high penetration of renewable energies," with code 70416, affiliated with the "Research Program on Emerging Technologies for Smart Microgrids with High Penetration of Renewable Energies," contract No. 80740-542-2020.https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0002144755application/pdfspaUniversidad Industrial de SantanderFacultad de Ingeníerias FisicomecánicasIngeniería EléctricaEscuela de Ingenierías Eléctrica, Electrónica y TelecomunicacionesInversor multinivelsistemas fotovoltaicostopología de puentes H en cascadacontrol de potenciacontrol de corrienteMulti-level inverterphotovoltaic systemscascaded H-bridge (CHB) topologypower controlcurrent controlSistema de control de potencia para un inversor fotovoltaico multinivel en topología de puentes H en cascadaPower control system for a multi-level photovoltaic inverter in cascade H-bridge topologyTesis/Trabajo de grado - Monografía - Pregradohttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bccehttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fORIGINALDocumento.pdfDocumento.pdfapplication/pdf5704170https://noesis.uis.edu.co/bitstreams/da1a6bcd-3b02-41f1-bf42-99bd7b5e952e/download46df4259e68e19c7c4c789c87c6b889cMD51Nota de proyecto.pdfNota de proyecto.pdfapplication/pdf393987https://noesis.uis.edu.co/bitstreams/570cdac7-f744-46e1-9f36-7cd43e2a691a/download8ea2c8406ebf61a502e72a1173bc89b7MD52Carta de autorización.pdfCarta de autorización.pdfapplication/pdf834333https://noesis.uis.edu.co/bitstreams/1aaa31ec-47b1-4063-88e8-9fe98bdc2d22/download16c947e7084aa1bddcc86ad7eb460c5cMD54LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; 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