Optimització d’un convertidor cc/ca push-pull/pont complet de 3 nivells, bidireccional amb aïllament d’alta freqüència per a instal·lacions fotovoltaiques autònomes

Abstract

El present projecte neix amb la finalitat de millorar els resultats experimentals obtinguts amb el convertidor multinivell cc-ca push-pull/pont complet dissenyat per José Antonio Beristáin a la seva tesi doctoral “Inversores bidireccionales con aislamiento en alta frecuencia para aplicaciones de energías renovables” i per Anna Elias a “Muntatge i experimentació d’un convertidor cc/ca push-pull/pont complet, bidireccional amb aïllament d’alta freqüència per aplicacions fotovoltaiques”. El convertidor proposat és un inversor monofàsic especialment dissenyat per aplicacions de sistemes d’energies renovables. El convertidor consta d’una topologia push-pull, que introdueix un transformador d’alta freqüència, seguit d’una topologia pont complet al secundari del transformador. Per tal de poder realitzar ambdós topologies es requereix d’un transformador amb 3 preses tant en primari com en secundari. Es parteix d’una tensió continua a l’entrada, pròpia de les bateries, i mitjançant el convertidor push-pull s’aconsegueix proporcionar una tensió quadrada alterna al primari del transformador que es reflexa al secundari multiplicada per una relació de transformació de 5. Amb els tres nivells de tensió de les tres preses del secundari del transformador i mitjançant l’aplicació d’una modulació PWM de vectors d’estat, anomenada dos vectors més propers, sobre els transistors del pont complet, s’aconsegueix generar una ona alterna de cinc nivells de tensió. Posteriorment es filtra aquesta tensió amb un filtre LC per tal de sintetitzar una ona sinusoïdal de 50Hz de freqüència fonamental. Amb un índex de modulació adequat es pot obtenir la tensió de xarxa de 230V RMS. En el present projecte es millora el comportament de la simulació respecte els models dels que es disposaven, aconseguint obtenir una simulació fidel a la modulació desitjada. També s’han simulat les inductàncies de dispersió del transformador, amb els efectes negatius de sobretensions que comporten sobre els semiconductors; i circuits snubber per tal de contrarrestar-ne aquests efectes. S’ha realitzat un anàlisi exhaustiu de tota la programació per controlar el convertidor i també s’ha realitzat un nou muntatge del convertidor a partir dels mòduls dissenyats per Joan Nicolás Apruzzese a “Diseño y realización de un convertidor multinivel cc-cc-ca en cascada para la conexión a red eléctrica de sistemas fotovoltaicos”. Posteriorment s’ha realitzat l’experimentació del convertidor obtenint unes prestacions millors a les obtingudes anteriorment, però sense poder assolir l’objectiu d’arribar als 48V d’entrada amb una potència pròxima als 2kW, degut a senyals d’error en els drivers dels elements del primari i a sobreescalfaments de les resistències dels snubbers del primari.