Diseño y evaluación de un inversor multinivel NPC de 400kW para plantas fotovoltaicas con tecnología 1500V

Abstract

[ES] El objeto de este proyecto es el diseño y posterior evaluación mediante simulación de un inversor fotovoltaico multinivel de tres niveles en configuración Neutral Point Clamped y conexión a red. La topología NPC está especialmente bien adaptada para plantas fotovoltaicas con tecnología 1500V, tendencia en el sector de la generación fotovoltaica de gran potencia ya que permite reducir la corriente en el campo fotovoltaico respecto a tecnologías de menor tensión, con el consiguiente ahorro en pérdidas energéticas y cableados. Con un inversor NPC de 3 niveles se pueden utilizar módulos IGBT de 1200V, que son los mismos que habitualmente se utilizan en inversores con tensiones de operación inferiores a 900V. Se ha diseñado la etapa de potencia del inversor, escogiendo los componentes cuyas características se adecuen a los parámetros de funcionamiento de este. También se ha diseñado la etapa de control, con el fin de garantizar la fiabilidad, la eficiencia y el correcto funcionamiento del inversor. El funcionamiento del inversor se ha evaluado mediante simulación llevada a cabo mediante la herramienta PSIM, con la etapa de control implementada digitalmente mediante algoritmos programados en C, con el objetivo de testar los algoritmos en condiciones realistas de funcionamiento. El trabajo se llevará a cabo en el seno del Grupo de Sistemas Electrónicos Industriales, con una orientación más profesional que investigadora ya que el objetivo del TFM es que el alumno lleve a cabo el proyecto de diseño integral del convertidor, desde el dimensionamiento de la etapa de potencia hasta la concepción de los algoritmos de control del inversor, implementados en C, de manera que conozca y aplique la metodología de diseño de este tipo de sistemas de potencia.

[EN] The objective of this project is the design and subsequent evaluation by simulation of a multilevel photovoltaic inverter of three levels in Neutral Point Clamped configuration and power grid connection. The NPC topology is specially well adopted for photovoltaic plants with 1500V technology, trend in photovoltaic generation field of high power since it allows to reduce the current of the photovoltaic plant respect to technologies with less voltage, with the consequent saving in energetic losses and wired. With an NPC inverter of three levels you can use IGBT modules of 1200V, the same that habitually are used in inverters with operation voltages less than 900V. It has been designed the power stage, choosing the components whose characteristics are suitable for the parameters of its functionally. Besides, it has been designed the control stage, with the aim of assure the reliability, the efficiency and the correct operation of the inverter. The operation of the inverter was evaluated by simulation in PSIM tool, with control stage implemented digitally by programming algorithms in C, with the objective of test the algorithms in realistic conditions of operation. The project will be carried out in the Group of Industrial Electronic Systems, with an orientation more professional than researcher due to the objective of the TFM is that the student carries out the project of the integral inverter design, since the sizing of power stage to the control algorithms of the inverter, implemented in C, so that he knows and apply the methodology of design about this type of power systems.