Control GPI de seguimiento de voltaje de un inversor multinivel monofásico: una implementación en FPGA

Abstract

En este trabajo se presenta un control de seguimiento directo de voltaje para el inversor monofásico de cinco niveles, el control se basa en la técnica GPI. La implementación del controlador se hace a través de una tarjeta FPGA SPARTAN-3E1200. Los beneficios prácticos que ofrece el control son: robustez del voltaje de salida ante cambios súbitos de carga del tipo lineal y no lineal, bajo contenido armónico de voltaje y de corriente en la carga (< 5 % IEEE − 519), autónomo, reconfigurable y hace uso de un solo sensor de voltaje para operar. Por otro lado, la implementación de las señales de seguimiento que emplea el controlador, ası como también las señales portadoras que utiliza el modulador multinivel basado en la técnica PS-PWM se llevan a cabo dentro del FPGA. La arquitectura segmentada del controlador al igual que las señales de referencia deseadas y portadoras está basada en el estándar IEEE − 754 de punto flotante simple de 32 bits. La generación de las señales de seguimiento y de las señales portadoras del modulador PS-PWM se realizó por medio de la técnica de tablas de búsqueda (look-up table) empleando los módulos de BRAM que posee el FPGA; con esto se logró economizar recursos dentro del dispositivo. Además, para la implementación del controlador se utilizan los m´odulos Ipcores los cuales son proporcionados por el fabricante del FPGA, dichos módulos están optimizados para reducir el consumo de recursos del dispositivo. La descripción del control basado en FPGA se realiza en lenguaje VHDL usando la metodologíaıa descendente top-down. Para la medida de la única variable que necesita el controlador se utiliza un sensor de voltaje ISO − 124, el cual usa un convertidor analogico digital de 10 bits. Finalmente, se presentan las pruebas de desempeño del sistema en lazo abierto y en lazo cerrado bajo cambios súbitos de carga del tipo lineal y no lineal, se analizan las respuestas en estado estacionario y estado transitorio de las variables de voltaje y de corriente en la carga de salida mediante un instrumento de la calidad de la energía. Adicionalmente, se realizaron pruebas de ındice de desempeño respecto a la variación de los parámetros del controlador, los resultados de dichas pruebas se presentan por medio de un conjunto de gráficas en las que se muestra la evolución en el tiempo de la función de la integral del error cuadrático (ISE).