Técnicas de modulación con eliminación selectiva de armónicos en inversores de conexión a red

Abstract

El presente trabajo surge de la necesidad de disponer de un texto que haga un estudio pormenorizado de las técnicas de modulación basadas en la eliminación selectiva de armónicos SHE. Este tipo de modulaciones también han sido conocidas tradicionalmente como Programmed PWM y también pueden ser encontradas en la literatura como Selective Harmonic Control, de forma abreviada SHC. Una de las contribuciones más relevantes de este trabajo será la revisión del estado del arte con el objetivo de plantear y resolver el problema para diferentes configuraciones de inversor conectado a red de forma organizada. En esta línea, se hará una revisión de los métodos de cálculo de los valores semilla que garanticen la convergencia del problema y que den como resultado ciertos conjuntos de soluciones, que como se verá, dependiendo de la configuración pueden ser múltiples. Además, se aporta un nuevo método para el cálculo de los valores semilla que permite dar con un conjunto de soluciones concreto para el caso de inversor trifásico de dos niveles por rama. El análisis de la respuesta dinámica y en frecuencia de las modulaciones SHE es otro tema que no es abordado en la bibliografía existente. En este trabajo se hace un análisis exhaustivo para caracterizar un modulador basado en SHE. Se incidirá en los métodos de implementación siempre intentando elegir aquél que mejor respuesta dé en aplicaciones de conexión a red, teniendo en cuenta la respuesta dinámica y la respuesta en frecuencia del modulador. Por último, se propone una nueva implementación de la modulación SHE a través de una técnica de modulación basada en portadora de fase variable y moduladora con componente de secuencia cero. Esta implementación permite mejorar la respuesta dinámica de un modulador SHE tradicional basado en Lookup Table (LUT) y no necesita tener almacenados los ángulos de conmutación precalculados para diferentes frecuencias de conmutación. Ya como introducción a trabajo futuro se abordarán de forma superficial las modulaciones basadas en la mitigación selectiva de armónicos, en inglés Selective Harmonic Mitigation, de forma abreviada SHM. Dichas modulaciones buscan obtener los ángulos de conmutación que logren minimizar el contenido de ciertos armónicos sin llegar a eliminarlos, con el objetivo de ampliar el número de armónicos que pueden ser reducidos y encontrar la solución a casos que no disponen de una solución exacta. Veremos que la aplicación de métodos de optimización para obtener las soluciones al problema SHM es primordial. Así mismo, estas técnicas de optimización permitirán encontrar los ángulos de conmutación para el caso de interleaving de inversores con técnicas de modulación SHE. Se complementa este trabajo con el “Complemento al Trabajo Fin de Máster”, en el cual se aborda la aplicación de las modulaciones SHE bajo un escenario en concreto y poniendo en práctica los resultados obtenidos en el presente trabajo.