Diseño de un controlador de corriente para un inversor multinivel asimétrico conectado a la red eléctrica: una implementación en FPGA

Abstract

En este documento se describe el diseño de un controlador de corriente para un Inversor Multinivel de Celdas Asimétrico Trinario (IMCAT) para interconectar un sistema fotovoltaico a la red eléctrica. A lo largo del trabajo se analiza, diseña, desarrolla e implementa una arquitectura segmentada en punto flotante de 32 bits de acuerdo al estándar IEEE-754, empleando el lenguaje VHDL, mismo que fue implementado en un dispositivo FPGA. Para el sistema IMCAT, después de realizar la partición del algoritmo, se determinaron algunas de las funciones mínimas necesarias que debe poseer un inversor interconectado a la red eléctrica, estas son: controlador de corriente, el cual realiza la tarea de control, en este caso se diseñó con un enfoque ADRC, el modulador multiportadora del tipo APOD-SPWM, el algoritmo de enganche de fase (EPLL) y un observador GPI. Adicionalmente, en el mismo dispositivo, se implementó la interfaz de control para los convertidores analógico-digital que fueron empleados en la instrumentación para la adquisición de señales de corriente y voltaje. Una de las ventajas de la propuesta en términos de independencia computacional es dar autonomía al diseño, por lo que la estructura segmentada de procesamiento no depende de una computadora para su funcionamiento; por otra parte, el emplear dispositivos de lógica programable de alta velocidad en la implementación de sistemas de control, sitúa a este trabajo dentro del paradigma actual de diseño de sistemas de control automático aplicados a electrónica de potencia. En relación al control de corriente, se propone que las variaciones de tensiones debidas a la red eléctrica y algunas otras incertidumbres no modeladas, se tomen en conjunto como una perturbación endógena y exógena al sistema, por lo que su magnitud se estima por medio de un observador GPI y se emplea en el lazo de control para minimizar sus efectos. Desde la perspectiva del formato de la energía de entrada y salida, los trabajos publicados que se anexan en los apéndices forman parte de tres de los cuatro esquemas de conversión que se tiene en los convertidores de potencia, por orden de aparición en el documento se muestran las siguientes aplicaciones: Convertidores de CD-CA o inversores, Convertidores CA-CD o rectificadores y Convertidores CD-CD. Todas las aplicaciones realizadas, fueron de gran ayuda para clarificar y construir el camino para alcanzar el objetivo principal en este trabajo.