Desarrollo de sistemas de control para inversores trifásicos basado en modos deslizantes y una plataforma "hardware-in-the-loop"

Abstract

This work presents the development a control system based on sliding modes for a three-phase voltage source inverter (VSI) connected to the grid using a simulation platform "Hardware-in-the-Loop" (HIL). The purpose of the proposed algorithms is to provide a greater working range and robustness to the inverter in the presence of different disturbances present in the electrical network, such as voltage depressions or contamination with harmonics. The system to be controlled is constituted by the three-phase inverter connected to the electrical network through a coupling element RL and a DC voltage source, which is considered ideal. The system is developed using the Typhoon HIL400 simulation platform, while the control algorithm under test is loaded on the Texas Instrument TMS 320F2808 Digital Signal Processor (DSP). The “Hardware-in-the-Loop” simulations allow design and development of power system prototypes quickly and verification and debugging of the proposed controls under a controlled and secure environment. The three-phase power inverter control is carried out using traditional techniques such as proportional-integral control (PI), giving satisfactory results, such as the tracking of constant references with balanced conditions in the three-phase source. However, there is currently a tendency to apply new techniques of non-linear control that provide greater robustness to external perturbations and allow the tracking of variant references in time. The control scheme adopted in this thesis is the control of sliding modes (SM) and Super-Twisting (ST) control, which are compared with a PI control in order to verify their performance.

En este trabajo se presenta el desarrollo de un sistema de control basado en modos deslizantes para un inversor trifásico fuente de voltaje (IFV) de dos niveles conectado a la red eléctrica usando una plataforma de simulación "Hardware-in-the-Loop" (HIL). El propósito de los algoritmos propuestos es proporcionar un mayor rango de trabajo y robustez al inversor ante la presencia de diferentes perturbaciones presentes en la red eléctrica, tales como depresiones de voltaje o contaminación con armónicos. El sistema a controlar es constituido por el inversor trifásico conectado a la red eléctrica a través de un elemento de acoplamiento RL y una fuente de voltaje de corriente continua, la cual se considera ideal. El sistema es desarrollado en la plataforma de simulación HIL400 de Typhoon, mientras que el algoritmo bajo prueba se ejecuta en el procesador digital de señales (PDS) TMS 320F2808 de Texas Instrument. Las simulaciones "Hardwarein- the-Loop" permiten diseño y desarrollo de prototipos de sistemas de potencia de forma rápida y comprobación y depuración de los controles propuestos bajo un ambiente controlado y seguro. El control del inversor trifásico de potencia se lleva a cabo mediante el uso de técnicas tradicionales tales como el control proporcional-integral (PI), dando resultados satisfactorios, como es el caso del seguimiento de referencias constantes con condiciones balanceadas en la fuente trifásica. Sin embargo, actualmente existe la tendencia de aplicar técnicas novedosas de control no lineal que proporcionen mayor robustez ante perturbaciones externas y permiten el seguimiento de referencias variantes en el tiempo. El esquema de control adoptado en esta tesis es el control de modos deslizantes (MD) y control Super- Twisting (ST), los cuales son comparados respecto de un control PI con el fin de comprobar su desempeño.