Convertidor modular multinivel DC-DC para aplicación en alta potencia (HVDC)

Abstract

En esta tesis se desarrolló un convertidor de corriente continua del tipo multinivel, capaz de operar con elevados niveles de tensión y corrientes, para ser aplicado en el transporte de energía eléctrica de alto voltaje en corriente continua (HVDC, High Voltage Direct Current en inglés). El desarrollo de este tipo de convertidores, bajo los requerimientos en HVDC, es de ámbito relativamente nuevo y la posibilidad del uso multinivel permite escalar a niveles de tensión y corriente siendo atractivo para este tipo de aplicaciones. Esta tesis buscó entregar una propuesta novedosa al problema de la conversión DC-DC de alta energía para aplicaciones MT-HVDC (multi-terminal HVDC) de media potencia, ya que en la actualidad existen pocas alternativas al respecto. Esta tesis se llevó a cabo de forma inicial, realizando una investigación bibliográfica sobre las distintas soluciones existentes frente a esta problemática. Actualmente los trabajos que buscan solucionar esta problemática [11,13, 32, 37] ocupan tecnologías de rectificación; otros trabajos como [12] incorporan tecnología multinivel logrando resultados prometedores, pero son pocos los documentos por ser una tecnología reciente. Esta tesis entrega una propuesta novedosa, mediante una topología de conversión multinivel, no abordada en los trabajos revisados a la fecha. La validez de la topología propuesta se desarrolló de manera teórica, mediante los modelos matemáticos que describían la operación y la estructura de control del convertidor. Como paso posterior vinieron la implementación vía simulación (Plataforma PSIM) de la operación del convertidor, la estrategia de control diseñada para el convertidor, obteniendo los resultados que permitieron validar las ecuaciones de control y el funcionamiento de la topología misma. El principal problema a resolver en esta tesis fue lograr el funcionamiento adecuado de la topología DC-DC multinivel, en base al control de energía de las ramas del convertidor. Este problema fue resuelto logrando los resultados expuestos en este documento. Los resultados obtenidos en esta tesis, vía simulación y de manera experimental, validaron con la publicación de dos artículos científicos, más dos trabajos expuestos en congresos internacionales.