Desarrollo de un modelo Hardware in the Loop implementado en FPGA para la emulación en tiempo real de la etapa de potencia de inversores conectados a red

Abstract

[ES] La simulación previa de convertidores electrónicos de potencia facilita tanto el diseño como el ajuste de algunos elementos esenciales para el correcto funcionamiento del equipo o sistema a diseñar, ahorrando tiempo de desarrollo y costes, al poder detectar con antelación errores que podrían poner en riesgo la integridad de la etapa de potencia. Para ello, puede utilizarse algún software de simulación de circuitos electrónicos, los cuales permiten alcanzar el objetivo deseado, pero muchas veces a costa de necesidades ingentes de memoria y elevado tiempo requerido para llevar a cabo las simulaciones. Para solucionar estos inconvenientes, el uso de sistemas Hardware in the Loop (HIL) se está extendiendo cada vez más como una alternativa a los simuladores tradicionales, al operar en tiempo real y, por lo tanto, acelerar notablemente la obtención de resultados. Sin embargo, los equipos HIL comerciales tienen costes de adquisición muy altos.

En este contexto, el TFM propuesto está orientado al desarrollo e implementación en FPGA de una plataforma HIL de bajo coste, orientada a la emulación del funcionamiento de inversores trifásicos conectados a red. La plataforma desarrollada podrá conectarse a un PC o a un procesador digital de señal (DSP) externo, a fin de poder evaluar y depurar el software de control en condiciones seguras de operación.

[EN] The previous simulation of power electronic converters facilitates both the design and the adjustment of some essential elements for the correct operation of the equipment or system to be designed, saving development time and costs, by being able to detect in advance errors that could jeopardize the integrity of the power stage. For this purpose, some electronic circuit simulation software can be used, which can achieve the desired objective, but often at the cost of huge memory requirements and high time required to carry out the simulations. To overcome these drawbacks, the use of Hardware in the Loop (HIL) systems is becoming more and more widespread as an alternative to traditional simulators, since they operate in real time and, therefore, speed up the results significantly. However, commercial HIL equipment has very high acquisition costs. In this context, the proposed TFM is oriented to the development and implementation in FPGA of a low-cost HIL platform, oriented to the emulation of the operation of three-phase grid-connected inverters. The developed platform can be connected to a PC or to an external digital signal processor (DSP), in order to be able to evaluate and debug the control software under safe operating conditions.