Diseño y construcción de un prototipo de laboratorio de una estación convertidora de un sistema de transmisión HVDC-VSC

Abstract

This PhD thesis presents the research work associated to the design and construction of a laboratory-scale prototype of a VSC-based converter station as part of a high voltage direct current transmission system, HVDC-VSC. The basic principles to understand the functioning, operation and control of HVDC-VSC transmission systems are presented. The design and construction of hardware and software for controlling the HVDC-VSC Station are thoroughly detailed including the novel high-resolution PWM scheme. As computing platform a 32-bit floating point high-performance DSC is used to support the data acquisition and control algorithms. The three main original contributions from this research work are: a) the novel algorithm for high resolution SPWM modulation; b) the development of a novel synchronizing system (electronics and software algorithm) to the AC line system; c) The development of the decoupled real and reactive power control applied to the HVDC-VSC scaled-down prototype. As final part, a number of laboratory tests are presented which demonstrated the correct operation of the prototype under various circumstances.

Esta tesis presenta el trabajo de investigación dirigido al diseño y construcción de un prototipo de laboratorio de una estación convertidora de un sistema de transmisión de corriente directa en alto voltaje basado en convertidores de fuente de voltaje. Se presentan los principios básicos para comprender el funcionamiento, operación y control de los sistemas de transmisión HVDC-VSC. Se incluye a detalle el diseño e implementación del hardware y el software para el control de una estación convertidora de un sistema de transmisión HVDCVSC. Se utilizó un DSC de punto flotante de 32 bits de alto desempeño para implementar los sistemas de adquisición de datos y de control. Se desarrolló e implementó un algoritmo novedoso de modulación SPWM de alta resolución utilizando los recursos del DSC. También, se desarrollaron e implementaron un circuito y un algoritmo para sincronizar el sistema de control con el sistema de ca. Se incluye también el diseño detallado del control desacoplado de la potencia real y potencia reactiva aplicado a una estación convertidora HVDC-VSC, así como el del controlador del voltaje del capacitor del lado de cd del convertidor. Al final de la tesis se presentan las pruebas realizadas al prototipo.