Contributions to Control of Electronic Power Converters

Résumé

La presente tesis trata sobre el control de convertidores electrónicos de potencia. En su desarrollo se han diferenciado dos partes principales. Por un lado, se trata el problema del balance de tensiones en los condensadores que forman el dc-link en un convertidor NPC de tres niveles. Por otro lado, dado que las técnicas utilizadas en la primera parte para modelar los convertidores necesitan realizar determinadas suposiciones y, con la intención de evitar modelos promediados, en la segunda parte se han desarrollado modelos afines conmutados para diseñar el control de la tensión de salida en convertidores DC-DC tipo boost. De esta forma, en la primera parte se han desarrollado varias leyes de control utilizando un modelo promediado formulado mediante ciclos de trabajo para cada nivel en cada fase. Esta formulación permite considerar en la fase de diseño de los controladores, un grado de libertad asociado a la inyección de tensión homopolar. Por lo tanto, se diseñan los controladores a la vez que una parte de la modulación, de forma que se integra control y modulación en una misma fase. De esta forma, se han diseñado tres controladores donde, a parte del objetivo de balancear la tensión de los condensadores, se ha ido buscando mejorar también otros objetivos como el número de conmutaciones o la calidad de la señal de salida. En la segunda parte de la tesis, se han desarrollado cuatro leyes de control aprovechando el modelado de convertidores como sistemas afines conmutados dada su naturaleza híbrida. De esta forma, las dos primeras leyes, aprovechan dicho modelado usando el operador delta para evitar problemas numéricos al utilizar sistemas donde el tiempo de muestreo es muy bajo. El primero de dichos controladores está basado en la función de Lyapunov mientras que el segundo es independiente de dicha función obteniendo así resultados menos conservadores. Las otras dos leyes desarrolladas para sistemas afines conmutados utilizan un modelado alternativo al realizado en las dos primeras, de forma que se evitan ciertas desventajas existentes y mantienen un diseño no basado en la función de Lyapunov. Así, la primera ley presenta un control más básico pero que, aun así, mejora los resultados de otras leyes existentes en la literatura. Por último, se ha presentado un procedimiento de diseño que hace frente a sistemas con variaciones en sus parámetros.