Thesis:

Implementación de un esquema RMPC modificado en un Convertidor Flying Capacitor

En los últimos años, la electrónica de potencia ha experimentado un crecimiento significativo debido al desarrollo de las energías renovables y la aparición de tecnologías como la electromovilidad y los sistemas de transmisión HVDC. Esto ha impulsado el desarrollo de convertidores que sean capaces de satisfacer los diversos requisitos de estas aplicaciones. Los convertidores multinivel se han consolidado como una tecnología clave en este contexto, ya que permiten alcanzar los niveles de potencia, tensión y otros requisitos necesarios para estas tecnologías. El uso de estos convertidores requiere el empleo de técnicas de control avanzadas, lo que ha llevado al desarrollo de diversas estrategias para abordar este desafío. Uno de los métodos principales es el Model Predictive Control (MPC), el cual presenta varias ventajas que lo convierten en una opción sólida para los convertidores multinivel. Entre los principales beneficios de este esquema de control se encuentran su capacidad para incorporar no linealidades de manera sencilla y su habilidad para manejar el control multivariable sin que la formulación se vuelva excesivamente complicada. Sin embargo, es importante tener en cuenta que este tipo de estrategias puede tener un alto costo computacional cuando se utilizan en convertidores con un gran número de semiconductores, lo que podría limitar su viabilidad en algunos casos. En este estudio, se propone el desarrollo de un esquema de MPC con un costo computacional reducido al aprovechar las redundancias presentes en ciertas topologías de convertidores, específicamente en el Flying Capacitor Converter (FCC). Los resultados obtenidos serán validados mediante simulaciones y pruebas experimentales utilizando un FCC trifásico de 3 celdas con una potencia de 5 kW, alimentando una carga pasiva RL.

In recent years, power electronics has experienced significant growth due to the development of renewable energy and the emergence of technologies such as electromobility and HVDC transmission systems. This has driven the development of converters capable of meeting the diverse requirements of these applications. Multilevel converters have established themselves as a key technology in this context, as they enable achieving the power levels, voltage levels, and other requirements necessary for these technologies. The use of these converters requires the employment of advanced control techniques, which has led to the development of various strategies to address this challenge. One of the main methods is Model Predictive Control (MPC), which presents several advantages that make it a solid option for multilevel converters. Among the main benefits of this control scheme are its ability to incorporate nonlinearities in a simple manner and its capability to handle multivariable control without the formulation becoming excessively complicated. However, it is important to consider that this type of strategy can have a high computational cost when used in converters with a large number of semiconductors, which could limit its viability in some cases. In this study, the development of an MPC scheme with reduced computational cost is proposed by leveraging the redundancies present in certain converter topologies, specifically in the Flying Capacitor Converter (FCC). The obtained results will be validated through simulations and experimental tests using a 3-cell three-phase FCC with a power rating of 5 kW, feeding a passive RL load.