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Simulação de um conversor AC/AC multinível
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O desenvolvimento do mercado energético até os dias de hoje implica a utilização de conversores eletrónicos de potência capazes de lidar com valores elevados de tensão e potência, criando a necessidade de ser desenvolvido um novo conceito: a conversão multinível. Neste trabalho realiza-se a simulação de um conversor AC/AC multinível Neutral Point Clamp (NPC) trifásico bidirecional, capaz de controlar tensões com amplitudes e frequências variáveis, sendo viável para diversas aplicações. São estudadas individualmente as componentes retificadora (AC/DC) e inversora (DC/AC) do conversor, assim como a conversão AC/AC costas com costas, sendo realizados diversos testes relevantes a uma ligação entre duas redes distintas que, tendo um valor de tensão fixo, são controladas as amplitudes e a forma de onda das correntes AC. É também estudado um caso de aplicação a uma ligação High Voltage Direct Current (HVDC), onde é introduzido um cabo entre as componentes retificadora e inversora. Considerando todos os testes realizados ao conversor nas diferentes topologias, é possível afirmar que o conversor multinível apresenta um desempenho relevante, sendo capaz de controlar a amplitude e frequência das correntes trifásicas e a amplitude da tensão DC, sempre com erros inferiores a 10% e mantendo o Fator de Potência (FP) quase unitário. Este conversor é suficientemente robusto para suportar variações bruscas nos valores de referência, assim como a aplicação a um sistema bidirecional, onde as grandezas já descritas convergem num tempo máximo de 0,6 s (três ciclos da Rede Elétrica de Energia - REE).
The development of the energetic market until today requires the utilization of electronic power converters able to deal with high values of voltage and power, creating the need of developing a new concept: multilevel conversion. In this project it is simulated an AC/AC multilevel NPC three-phase converter capable of transferring energy in both ways, controlling voltages with variable amplitude and frequency, being reliable to multiple applications. The rectifier (AC/DC) and inverter (DC/AC) components are studied individually, just like back-to-back AC/AC conversion, being tested multiple interesting case scenarios for a connection between two distinctive energy grids where, having a fixed voltage level, the amplitude and waveform of AC currents are controlled instead. It is also studied a specific application case scenario of a HVDC link, where a cable is introduced between the rectifier and inverter. Considering the results of the tests realized to all topologies analyzed, it is possible to say the multilevel converter has a positive performance, being able to control the waverforms of the three-phase currents and DC voltage with errors below 10% of the reference, keeping the power factor always near 1. This converter can handle sudden variations of the different reference values, including a change in the power flow direction, where all the variables controlled converge to the new references in a maximal time of 0,6s.
The development of the energetic market until today requires the utilization of electronic power converters able to deal with high values of voltage and power, creating the need of developing a new concept: multilevel conversion. In this project it is simulated an AC/AC multilevel NPC three-phase converter capable of transferring energy in both ways, controlling voltages with variable amplitude and frequency, being reliable to multiple applications. The rectifier (AC/DC) and inverter (DC/AC) components are studied individually, just like back-to-back AC/AC conversion, being tested multiple interesting case scenarios for a connection between two distinctive energy grids where, having a fixed voltage level, the amplitude and waveform of AC currents are controlled instead. It is also studied a specific application case scenario of a HVDC link, where a cable is introduced between the rectifier and inverter. Considering the results of the tests realized to all topologies analyzed, it is possible to say the multilevel converter has a positive performance, being able to control the waverforms of the three-phase currents and DC voltage with errors below 10% of the reference, keeping the power factor always near 1. This converter can handle sudden variations of the different reference values, including a change in the power flow direction, where all the variables controlled converge to the new references in a maximal time of 0,6s.
Description
Keywords
Conversores multinível Controlo por modo de deslizamento Modulação por vetores espaciais Conversão AC/AC Ligação HVDC Multilevel converter Sliding mode control Space vector modulation AC/AC conversion HVDC connection Engenharia Eletrotécnica - Telecomunicações . Faculdade de Ciências Exatas e da Engenharia