Conversor back to back de 15 kW para laboratorio de energías renovables

Abstract

En el presente trabajo se desarrolla una plataforma de desarrollo de algoritmos de control para investigación y desarrollo de parques eólicos offshore, bajo los paradigmas de Rapid Control Prototyping o generación automática de código de control en tiempo real para un hardware específico, paradigma de simulación hardware in the loop que es la simulación en tiempo real de nuestra planta pero con nuestro controlador hardware y el paradigma de diseño basado en modelos. Para implementar dicha plataforma, se ha diseñado y construido una planta prototipo, en la que poder probar diferentes algoritmos de control, aunque se ha concebido con gran flexibilidad de configuraciones posibles (doble front end, doble back end, back to back, generación y distribución de redes, etc.), para comprobar el funcionamiento del equipo, se ha implementado un doble convertidor electrónico de potencia en configuración back to back (ambos convertidores constan de un rectificador no controlado como front end y un inversor controlado como back end). Para controlar ambos convertidores, se ha instalado y configurado el software y hardware de desarrollo en un PC de escritorio en el cual, se ha modelado, diseñado y simulado el algoritmo de control, verificándolo finalmente en la planta real. Este algoritmo está basado en la estrategia de control de motores V/f con modulación senoidal por ancho de pulso en bucle abierto, que nos permite controlar dos motores de forma independiente. Para adaptar y acondicionar las señales de control con los sensores y actuadores de la planta se ha diseñado e implementado un interfaz acondicionador de señales, realizando los procesos de diseño de esquemas electrónicos, desarrollo y montaje en circuito impreso. Además de adaptar las señales analógico-digitales, el interfaz dispone de un circuito de generación de dead-time, un circuito de gestión de alarmas y un circuito específico de protección ante bloqueos de ejecución. Los convertidores se ha montado en un cuadro de maniobra y control de baja tensión, con los debidos circuitos de marcha, paro, protección contra sobre voltajes y sobre intensidades, añadiendo además un circuito de carga suave del bus de corriente continua y un circuito de transmisión de energía a la red de distribución, independientes para cada convertidor. Para interactuar con los parámetros de control en tiempo real, visualizar y adquirir datos, así como para supervisar la planta, se ha realizado una interfaz gráfica de usuario. Finalmente, se ha realizado el análisis de resultados, obteniendo un error de posición debido a las incertidumbres paramétricas que se puede compensar modificando la relación V/f.