Utilización de GSSA en el diseño de controladores para rectificadores AC/DC

Abstract

El problema de la rectificación AC/DC de la energía eléctrica con criterios de eficiencia de conversión de potencia, baja interferencia electromagnética, bajo contenido armónico en la corriente de línea, factor de potencia cercano a la unidad y regulación de tensión para cargas variables ha sido un tema de interés en los últimos años especialmente por la existencia de regulaciones estrictas sobre máximos permitidos en estas especificaciones.<br/><br/>La necesidad de utilizar convertidores electrónicos conmutados en estos sistemas obliga al diseño de controladores para el logro de los objetivos deseados. Se han propuesto en la última década diversos esquemas y técnicas de control para sistemas de este tipo; siendo un requerimiento importante el que los esquemas y técnicas de control empleadas impliquen un bajo costo de implementación. Las implementaciones prácticas de estos controladores sin embargo, presentan algunos inconvenientes que se han reportado en la literatura y que animan a la búsqueda de otros esquemas y técnicas de control.<br/><br/>En ésta tesis se presenta y valida mediante simulación y experimentación, un esquema de control para un rectificador AC/DC tipo boost de puente completo que ofrece la posibilidad de convertir el problema no estándar de control derivado de los objetivos en este sistema, en uno estándar de regulación que permite la utilización de técnicas de control lineales y no lineales simples y ampliamente conocidas. Esto se logra gracias a la utilización de una técnica de modelado promediado en el espacio de estados conocida como GSSA. Para la aplicación del esquema propuesto se requiere la construcción de filtros digitales que extraigan en tiempo real de los coeficientes complejos de Fourier para armónicos específicamente seleccionados de las señales. En esta tesis se diseñan filtros que satisfacen esta necesidad con un bajo costo computacional a fin de que la propuesta sea de complejidad similar a las técnicas convencionales.<br/><br/>Bajo el esquema de control propuesto, se diseñan y validan algunos reguladores lineales y no lineales para el rectificador boost de puente completo cuyo objetivo es principal es mostrar que el esquema propuesto puede dar origen a la utilización de técnicas de control más simples diferentes a las utilizadas hasta ahora para este mismo problema.

The problem of power electric AC/DC rectification with power conversion efficiency, low electromagnetic interference, low harmonic content in the line current, closer to unity power factor, and voltage regulation for variable loads criteria, has been a topic of special interest in the last years due to the existence of strict regulations on the maximum allowed values for these specifications. <br/><br/>The necessity to use electronic switching converters in these systems, forces to the design of controllers for the achievement of the desired objectives. In the last decade diverse schemes and control techniques for systems of this type have been proposed; being an important requirement the one that the used schemes and control techniques they imply a low implementation cost. Practical implementations of these controllers however, present some inconveniences that have been reported in the literature and that they encourage to the search of other schemes and control techniques. <br/><br/>In this thesis a control scheme for a full-bridge type boost AC/DC rectifier is presented and validated by means of simulation and experimentation, which offers the possibility to transform the non-standard problem derived from the control objectives into this system, in one standard regulation problem, allowing the use of simpler and broadly well-known lineal and non-linear control techniques. This is achieved thanks to the use of a state space averaged modeling approach known as GSSA. For the application of the proposed scheme, the design of digital filters for the extraction in real time of the complex Fourier coefficients of specifically selected harmonics is required. In this thesis some of these filters satisfying this necessity are designed achieving a low computational cost so that the proposal has a complexity similar to that of the conventional techniques. <br/><br/>Under the proposed control scheme some lineal and non-linear regulators for the full-bridge type boost rectifier are designed, being the main objective showing that the proposed scheme can give rise to the use of simpler control techniques different to the utilized ones before for this same problem.