Optimal Control of the Modular Multilevel Matrix Converter with Distributed Energy Storage for Grid Supply and Machine Drives
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Date
2024
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Abstract
La integración de sistemas de almacenamiento híbridos desempeña un papel fundamental en el aprovechamiento de energías renovables, la electrificación de procesos y el fortalecimiento de la red eléctrica. Los conversores de potencia juegan un papel crucial al posibilitar la integración de nuevas tecnologías. En este contexto, los conversores modulares multinivel en cascada están siendo objeto de estudios recientes debido a sus beneficios en la incorporación de sistemas de almacenamiento a la red. Destaca el conversor modular multinivel matricial (M3C), que esta ganando popularidad gracias a su capacidad para ofrecer las ventajas de un conversor multinivel y la conexión directa entre dos redes de corriente alterna (AC). Además, este conversor facilita la integración de un sistema de almacenamiento distribuido (DES) en sus sub-módulos, simplificando la gestión de las fuentes de energía. A pesar de sus notables beneficios, este tipo de aplicación especıfica del conversor no ha alcanzado una amplia popularidad en el ámbito académico. Esta tesis se enfoca en examinar la integración de un DES mediante un algoritmo de control fundamentado en el desequilibrio de potencia inter-clúster en el M3C. En una primera fase, se lleva a cabo un análisis de las ecuaciones delineadas en investigaciones recientes, seguido de un desarrollo matemático para deducir las ecuaciones de corriente y las expresiones de potencia instantánea. Por último, se formula un método de control optimo basado en cada sistema de ecuaciones propuesto. El sistema de control propuesto se evalúa inicialmente mediante simulaciones y posteriormente se valida en un entorno experimental. Esta validación incluye la inyección de potencia a la red eléctrica y la operación de un motor a velocidad variable, todo ello en conjunto con un desequilibrio de potencia inter-clúster.
Description
Tesis (Magíster en Ciencias de la Ingeniería)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2024.
Keywords
Conversor Modular Multinivel (MMC), Conversor Modular Multinivel Matricial (M3C), Sistema de Almacenamiento Distribuido (DES), Control Predictivo por Modelo (MPC), Optimización No-Lineal