DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE CONTROL POR COMPUTADOR PARA PROTOTIPOS DEMOSTRATIVOS DE CONVERTIDORES DC-AC.

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Figura 1. Clasificación de los inversores. Fuente: Universidad Carlos III de Madrid. [18]

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La etapa de control de un inversor está conformada por un generador de señal de referencia o señal moduladora (la cual es una sinusoide) y un sistema de conmutación que permite obtener las señales de control de los interruptores. La amplitud de la salida viene determinada por la amplitud relativa de la señal de referencia. Se conocen dos topologías convencionales de inversores monofásicos: La configuración de medio puente (Half-Bridge) y la configuración de puente completo (Full-Bridge). Su principio de funcionamiento se basa en el empleo de interruptores electrónicos con el fin de conducir y bloquear las tensiones e invertir la polaridad.

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Inversores multinivel

Un inversor multinivel (multilevel inverter–MLI) es un convertidor DC/AC que permite obtener una salida de voltaje alterno a partir de diferentes niveles de voltaje continuo. Las ventajas de la tecnología del MLI radican en la reducción de la frecuencia de conmutación, disminución del voltaje manejado en cada dispositivo, y de los armónicos en la señal de salida, para ello se han dispuesto diversas topologías que dependerán de la potencia y voltaje en la aplicación donde comúnmente se usa alimentación monofásica para potencias de hasta 2KVA y aquellas que sobrepasan tal valor se suministran mediante sistemas trifásicos, por tanto se han diferenciado tres topologías básicas que consisten en MLI con diodo fijador (DC-MLI), MLI con capacitor flotante (FC-MLI) y MLI en cascada con puente-H (CHB-MLI) [19]. A partir de las topologías básicas se han elaborado nuevas propuestas híbridas y asimétricas híbridas con el fin de ofrecer ventajas en aplicaciones diversas que pueden estar tanto en alta potencia [20]-[21], como sistemas de baja potencia [22]-[23].

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Sincronización con la red eléctrica

La sincronización con la red eléctrica es una de las funciones fundamentales de control en los sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica. Esta función es comúnmente implementada usando un PLL (Phase Looked Loop) y permite la generación de una referencia de corriente puramente sinusoidal para garantizar la inyección de potencia real en la red. Sin embrago, esta misma función puede ser aplicada en el desarrollo de los sistemas de supervisión puesto que facilita la sincronización de las señales para su visualización y análisis. En un trabajo previo a esta investigación se propuso un mecanismo de sincronización basado en PLL con implementación hibrida (análogo-digital), el cual será usado en el desarrollo del sistema supervisor propuesto [24].

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Objetivos

- General

Diseñar e implementar un sistema de medición virtual y control por computador para los tres prototipos de inversores monofásicos existentes en el semillero de investigación SICEP.

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Específicos

- Diseñar e implementar una aplicación de adquisición y control en LabVIEW que permita visualizar e intercambiar señales con los tres prototipos existentes de inversores monofásicos.

- Diseñar e implementar el sistema electrónico necesario para el intercambio de señales entre los prototipos de inversores y la aplicación de adquisición y control.

- Verificar el funcionamiento integral del sistema desarrollado realizando pruebas independientes con cada uno de los inversores.

- Generar un documento con guías que permita ilustrar adecuadamente la conexión y uso de los prototipos de inversores para cada una de las temáticas que puedan ser abordadas.

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Metodología

Se plantean dos mecanismos de obtención de información: indagación y experimentación. La indagación se realiza en publicaciones académicas, hojas técnicas, manuales y publicaciones de conferencias con el fin de sustentar el proceso de diseño de la aplicación de adquisición y control en el software LabVIEW. En esta indagación se revisarán desarrollos similares particularmente en aplicaciones de educación en ingeniería electrónica enfocadas a la electrónica de potencia.

Con la información requerida para el desarrollo del proyecto se procederá al diseño y desarrollo de la aplicación computacional que integra una interfaz gráfica para la visualización de datos y los algoritmos de control. Posteriormente se diseñan e implementan los circuitos externos de acondicionamiento y gestión de señales entre los prototipos y el computador.

La experimentación será realizada en condiciones controladas para cada uno de los tres prototipos. Se construirán cargas lineales y no lineales ajustables desde la interfaz de computador, las cuales permitirán aplicar test de regulación de carga. También se desarrollará la conexión con una fuente programable con el fin de aplicar test de regulación de línea. Los resultados de esta etapa permitirán generar la documentación necesaria para el adecuado aprovechamiento de los prototipos.

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Cronograma de actividades

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- Resultados/Productos esperados y potenciales beneficiarios:

Generación de nuevo conocimiento

Resultado

Indicador

Beneficiario

Publicación de resultados

Un (1) artículo sometido para publicación en una revista nacional indexada.

Comunidad científica, sociedad

Fortalecimiento de la comunidad científica

Resultado

Indicador

Beneficiario

Formación