Diseño y realización de un convertidor multinivel cc-cc-ca en cascada para la conexión a red eléctrica de sistemas fotovoltaicos

Abstract

El presente proyecto nace con la idea de mejorar el diseño la primera generación de PEBBs (Power Electronic Building Blocks o bloques constitutivos electrónicos de potencia) realizados en el PFC de Elena Argüelles. Un PEBB consiste en un módulo integrado y compuesto por una serie de elementos utilizados en los sistemas electrónicos de potencia, como pueden ser dispositivos semiconductores, circuitos integrados de potencia, circuitos drivers, fuentes de alimentación, circuitos de protección, sensores de temperatura, corriente o tensión, etc. Estos módulos se interconectan de la manera conveniente para la realización de diferentes topologías de convertidores electrónicos de potencia. Los enfoques de mejora de los módulos están destinados a aumentar la potencia que pueden procesar, mejorar su constructibilidad, mejorar el acceso a la toma de medidas y mejorar su diseño mecánico. El correcto funcionamiento de los nuevos módulos funcionales se prueba con la realización de un doble convertidor cc-cc-ca en cascada, cuyo diseño se basa en que pueda servir para conectar a red eléctrica la instalación fotovoltaica que se encuentra en la cubierta de la ETSEIB. El doble convertidor a realizar consiste primeramente en un Push-Pull, el cual tiene la finalidad de aumentar la tensión del bus de continua y permite introducir un transformador de aislamiento de alta frecuencia. Seguidamente se conecta un inversor trifásico de 3 niveles de la topología NPC (Neutral Point Clamped), que permite generar la tensión trifásica que posteriormente se conectaría a la red eléctrica. Después de la realización de los nuevos módulos funcionales, se puede decir que se ha logrado el objetivo previsto, ya que la nueva generación de PEBBs permite procesar casi 5 veces más de potencia, además de haber mejorado significativamente su constructibilidad, su medibilidad y su diseño mecánico. Se han realizado los dos convertidores con la utilización de estos PEBBs y se ha probado experimentalmente cada uno por separado. Los resultados han sido correctos, aunque el inversor trifásico de 3 niveles no se pudo probar a muy alta potencia porque alguno de los drivers daba señal de error. En un futuro inmediato se intentará solucionar el problema del inversor para que pueda ser probado a elevadas potencias. Como propuesta futura se plantea verificar experimentalmente la modulación simulada por ordenador en el PFC de Mónica Pietzsch basado en el inversor de 3 niveles NPC. Del mismo modo se propone realizar las pruebas experimentales con la conexión del doble convertidor a la instalación fotovoltaica y a la red eléctrica.