Browsing by Author "Aguilar Villaseca, Rodrigo Ignacio"

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    Arm link enhanced modular multilevel converter for low voltage and variable frequency applications
    (2023) Aguilar Villaseca, Rodrigo Ignacio; Pereda Torres, Javier Eduardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    El Conversor Multinivel Modular (MMC) ha tomado mucho interés por parte de la investigación y la industria debido a todos sus beneficios. Su modularidad, escalabilidad, calidad de formas de onda y eficiencias han mostrado claras ventajas sobre otras topologías multinivel, y lo hacen ideal para aplicaciones de medio y alto voltaje. Sin embargo, no está exento de desafíos: su gran cantidad de capacitores requiere un control complejo para balancear la energía, además de necesitar un gran espacio debido a las altas capacitancias. Debido a esto, el MMC no es considerado para aplicaciones de bajo voltaje, donde además el gran número de semiconductores no justifican su costo. Este trabajo presenta un análisis más profundo y la validación de una nueva topología propuesta, llamada Arm Link Enhanced MMC (ALE-MMC). Esta extiende el MMC a aplicaciones de bajo voltaje y de frecuencia variable mediante el uso de Dual Active Bridges (DAB) para permitir el flujo de potencia entre submódulos (SM) de una misma pierna. Se presenta la nueva topología y se estudia su operación considerando la supresión de la corriente circulante, mostrando que no se necesita emplear medición de voltaje para funcionar adecuadamente y la capacitancia del SM puede ser reducida. A continuación, se estudian todos los problemas a considerar debido a la implementación del DAB entre SMs. Se hace énfasis en la corriente que debe manejar y en los efectos de la frecuencia variable en la topología, con y sin control de corriente circulante. Para validar el esquema propuesto y el análisis teórico desarrollado, se simula el ALE-MMC trifásico para probar el correcto funcionamiento, evaluando su comportamiento ante distintos escenarios y comparando con el esquema propuesto. Seguido, se emplea un prototipo experimental del ALE-MMC monofásico para validar su operación en la práctica, también ante distintos escenarios para poder confirmar en análisis hecho. Finalmente, se comentan los resultados además de proponer mejoras para futuros trabajos con el conversor.
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    Design, Analysis and Experimental Verification of Arm Link Enhanced Modular Multilevel Converter
    (2024) Aguilar Villaseca, Rodrigo Ignacio; Tarisciotti, L.; Pereda Torres, Javier
    The Modular Multilevel Converter has gained attention in high- and medium-voltage DC-AC conversion due to its modularity, scalability, and excellent results in power quality and efficiency. However, its complexity, multiple control loops, and extensive measurements make it unsuitable for low-voltage applications. Additionally, the power ripple in sub-modules, poses challenges in low-voltage scenarios. To overcome the disadvantages of the MMC at low voltage and operate it from zero frequency to high output frequency, the Arm Link Enhanced Modular Multilevel Converter (ALE-MMC) was proposed, which employs dual active bridges to transfer power ripple between the upper and lower submodules, substantially reducing its capacitance and eliminating all voltage measurements from the submodules. This work analyzes and test the ALE-MMC in the entire operating range, giving design insights, and highlighting the various benefits the proposed topology can obtain in low voltage drives applications in terms of circulating currents control, Dual Active Bridge requirements and efficiency. Simulation results are presented in a three-phase converter to verify its operation at high power, and experimental results of a low-scale single-phase prototype are used to assess the operation under different scenarios.