Thesis:

Model Predictive Current Control Based On Optimal Switching Sequences For Four-Leg Two-Level Active Power Filters

Este trabajo presenta una estrategia de control de corriente predictivo versátil y eficaz, basada en secuencias de conmutación óptimas para convertidores conectados a la red de dos niveles y cuatro piernas. Se demuestra el potencial de este tipo de convertidor y del controlador propuesto para su uso en aplicaciones de filtro activo de corriente. El controlador ofrece un excelente desempeño dinámico, con seguimiento preciso de señales de referencia de alta frecuencia, frecuencia de conmutación fija y un espectro armónico bien conformado. Estas características permiten que el controlador se destaque en aplicaciones tanto de filtros activos como de generación distribuida basadas en convertidores de cuatro piernas. Los resultados obtenidos mediante simulaciones y pruebas experimentales confirman la efectividad y el alto rendimiento de la estrategia propuesta. Además, se introduce una mejora al algoritmo de optimización con el objetivo de garantizar la obtención de resultados óptimos. Esta mejora se evaluó mediante simulaciones, comparando sus resultados con los obtenidos por el método conocido como Partición por Unidad y con un solver de MATLAB, comprobando así la óptima calidad de los resultados. Posteriormente, se evaluó el desempeño del controlador propuesto en aplicaciones de filtro activo en derivación a través de simulaciones. Finalmente, se validó su funcionamiento en un montaje experimental de laboratorio, utilizando un convertidor basado en IGBT alimentando una carga desbalanceada y no lineal, confirmando su rendimiento en condiciones reales de operación.

This work presents a versatile and effective predictive current control strategy based on optimal switching sequences for two-level, four-leg grid-connected converters. The proposed converter and control approach demonstrate strong potential for applications in active power filtering. The controller offers excellent dynamic performance, with accurate tracking of high-frequency reference signals, fixed switching frequency, and a well-shaped harmonic spectrum. These features make the controller particularly suitable for both active filtering and distributed generation systems based on four-leg converters. Simulation and experimental results validate the effectiveness and high performance of the proposed strategy. Additionally, an improvement to the optimization algorithm is introduced to ensure optimal solutions. This enhancement is evaluated through simulations and compared with the Unit Partition method and MATLAB solver results, confirming the improved solution quality. The controller's performance in shunt active filter applications is assessed through simulations and further validated in a laboratory setup using an IGBT-based converter supplying an unbalanced and nonlinear load, confirming its effectiveness under real operating conditions.