El convertidor multinivel fuente de corriente modular y sus aplicaciones

"En esta tesis se realiza el análisis de una topología de Convertidor Multinivel Fuente de Corriente (MCSI) modular. Se analiza detalladamente el funcionamiento de la topología y se formula el marco matemático teórico necesario para el diseño, simulación y el control del convertidor. Se analiza el comportamiento de un módulo y luego se extiende el concepto a las versiones multinivel tanto simétrica, donde todos los módulos son iguales, como asimétrica, donde los módulos son de características similares pero de capacidades de corriente diferentes. Se detallan las técnicas de modulación que se utilizan en la actualidad, Modulación por Ancho de Pulso Sinusoidal (SPWM) y Modulación Vectorial (SVM). Para la modulación SPWM se propone un método simplificado para su implementación. Además, se evalúa la utilización de Control Predictivo Basado en Modelo de Conjunto Finito de Estados (FCS-MPC) para las diversas variantes del convertidor. Se presenta e implementa en una Matriz de Puertas Programables (FPGA) el balance de las corrientes internas del convertidor en su versión simétrica de 7 niveles. Se presenta además un aplicación en la cual se utiliza un MCSI como interfaz entre la red eléctrica y una celda de combustible basada en hidrógeno, validando los resultados en un modelo a escala que permite extrapolar los resultados a otros niveles de potencias. Se desarrolla e implementa un algoritmo de sincronización con la red eléctrica y una plataforma de adquisición de datos basados en una FPGA que permiten la conexión de un convertidor a la red eléctrica. Finalmente, se presentan y analizan tanto resultados de simulación como experimentales obtenidos utilizando un prototipo de laboratorio." "In this thesis a comprehensive study of a modular Multilevel Current Source Inverter (MCSI) is performed. A detailed analysis of the topology is performed. A theoretical mathematical framework necessary for the design, simulation and control of the converter is formulated. The behavior of a module is analyzed and then the concept is extended to the multilevel versions. The analysis include the symmetric versions, where all modules are equal, and asymmetric, where all modules are of similar characteristics but with different capabilities. The different modulation techniques that are currently in use are described, Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM) and Space Vector Modulation (SVM). For SPWM a simplified method for its implementation is proposed. In addition, the use of Finite Control Set Model Predictive Control (FCS-MPC) is evaluated on several converter configurations. A method to balance the internal currents of a 7-level symmetric version of the inverter is presented and implemented in a Field Programmable Gate Array (FPGA). An application in which the MCSI is used as an interface between the utility grid and a hydrogenbased fuel cell is presented. The results validation were performed using a scale model, allowing the results to be extrapolated to other power levels. Since it is necessary to synchronize with the utility grid phase to inject power to the grid, a synchronization algorithm along with the data acquisition platform have been developed and implemented using an FPGA. Finally, the simulations results are presented, analyzed and verified using the experimental results obtained on a laboratory prototype." Tesis Ingeniería (doctorado) - Instituto Tecnológico de Buenos Aires, Buenos Aires, 2019