En este documento, se propone una estrategia general de equilibrio de voltaje DC individual (incluyendo el voltaje DC de alta y baja tensión) para el transformador electrónico de potencia con topología de enlace DC separado. La estrategia ajusta las potencias activas que fluyen a través de las etapas de aislamiento y salida en diferentes módulos de potencia para mejorar la capacidad de equilibrio del voltaje DC. A través de esta estrategia, los enlaces DC de alta y baja tensión pueden estar bien equilibrados cuando ocurre un desequilibrio entre diferentes módulos de potencia (por ejemplo, desajustes de parámetros de componentes o algunos de los enlaces DC de alta o/ y baja tensión están conectados con fuentes de energía renovable o/ y cargas DC). La estrategia propuesta se analiza y se respalda con validación experimental.
1.Introducción.
El transformador electrónico de potencia (EPT), también conocido como transformador de estado sólido (SST) , o transformador electrónico de potencia (PET) , ha sido considerado como un componente clave para la red eléctrica del futuro. Tiene muchas características avanzadas, como la integración de energías renovables, conexión de la red principal y microredes AC/DC , regulación del voltaje de salida, supresión de armónicos, compensación de potencia reactiva e aislamiento de fallas.
Para el EPT de tres etapas en aplicaciones de alta tensión y alta potencia, existen varias topologías prometedoras que han sido investigadas, como el EPT de puentes H en cascada , el convertidor modular multinivel (MMC) EPT y el EPT multinivel de clavija . En 2012, se instaló un EPT de tracción de una fase de 15 kV 1.2 MVA con puentes H en cascada en un locomotora para reducir el volumen y mejorar la eficiencia al reemplazar el transformador de potencia lineal de 16.67 Hz . En 2015, se instaló un EPT de tres fases de 10 kV/400 V 500 kVA con puentes H en cascada en una red de distribución de potencia para proporcionar un suministro de energía de alta calidad .
2.EPT con topología de enlace DC separado.
La Figura muestra el circuito principal del EPT trifásico con la topología de enlace DC separado presentado . Es una configuración en serie de entrada-paralelo de salida con n PM por fase. Las tres etapas son la etapa de entrada, la etapa de aislamiento y la etapa de salida. En la Figura, hay dos puertos AC y seis puertos DC. Para el PM 1 en cada fase, hay un puerto DC de alta tensión y un puerto DC de baja tensión para conectar fuentes de energía renovable y cargas DC con diferentes niveles de voltaje.
3.Estrategia propuesta de equilibrio general del voltaje DC individual.
Cuando las fuentes de energía renovable y las cargas DC están conectadas con los puertos DC del EPT (por ejemplo, los puertos DC A_H y A_L, mostrados en Fig. 1) o si ocurre un desajuste de parámetros de componentes, habrá un desequilibrio de potencia entre diferentes PM. Si el desequilibrio de potencia supera la capacidad de ajuste del controlador de equilibrio de voltaje DC, los voltajes DC estarán desequilibrados. En esta sección, se analizará el escenario de fuentes de energía renovable y cargas DC como ejemplo.
4.Realización de la estrategia propuesta de equilibrio general del voltaje DC individual.
La estrategia propuesta contiene dos partes: una estrategia de equilibrio individual del enlace DC de alta tensión en la etapa de aislamiento y una estrategia de equilibrio individual del enlace DC de baja tensión en la etapa de salida.
5.Conclusiones.
En este documento, se ha propuesto una estrategia general de equilibrio de voltaje DC individual para el EPT con la topología de enlace DC separado. Se han analizado y clasificado las capacidades de equilibrio de voltaje DC de las tres estrategias generales de equilibrio de voltaje DC individual. Los resultados de la clasificación indican que la estrategia propuesta tiene la mayor capacidad de equilibrio de voltaje DC. Esta conclusión se respalda con la verificación experimental. Los resultados experimentales han demostrado que los enlaces DC individuales de alta y baja tensión pueden estar bien equilibrados con la estrategia propuesta cuando hay desajustes severos de parámetros de componentes o hay una gran proporción de potencia DC en la potencia total. De hecho, con la estrategia propuesta, los enlaces DC individuales de alta y baja tensión pueden estar equilibrados bajo condiciones severamente desequilibradas siempre que las potencias que fluyen a través del PM estén dentro de la potencia máxima permitida.
Fuente: IEEE Xplore.
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