Desenvolupament de la modulació SHE en un inversor NPC de 3 nivells

Abstract

En el present projecte final de carrera s’ha treballat en l’aplicació de la modulació Selective Harmonic Elimination en inversors de tres nivells de la topologia Neutral Point Clamped. La modulació Selective Harmonic Elimination s’empra en convertidors que processen altes potències, això limita la freqüència de commutació dels transistors per evitar al màxim possible les pèrdues per commutació, mantenint, a la vegada, el compromís d’obtenir una ona de tensió alterna a la sortida de l’inversor amb un baix contingut harmònic. El quid de la modulació rau en generar una ona semi-quadrada a la sortida de l’inversor on els instants de commutació d’aquesta permeten eliminar els harmònics desitjats, que normalment són els de més baix ordre, per facilitar el disseny del filtre de sortida del convertidor. La implementació de la modulació s’ha dut a terme sobre una plataforma experimental present en els laboratoris del Grup de Recerca en Electrònica de Potència, usada en anteriors projectes. Aquesta es composa de dos convertidors de tres nivells de la topologia Neutral-Point-Clamped en configuració back-to-back, dels quals només s’utilitza l’etapa inversora d’aquests, juntament amb els equips necessaris per al control dels convertidors i monitoratge dels senyals elèctrics desitjats. L’objectiu principal proposat és l’obtenció d’una ona de tensió a la sortida de l’inversor on els harmònics 5, 7, 11 i 13 s’hagin eliminat mitjançant aquesta modulació. El projecte es desglossa en les següents parts. Inicialment es realitza un estudi matemàtic de la modulació Selective Harmonic Elimination, adaptada al cas particular de l’inversor utilitzat, trobant-se diferents conjunts de solucions (angles de commutació) per a assolir la cancel·lació de els harmònics prèviament seleccionats. Es realitzen simulacions per estudiar el comportament teòric de les tensions a la sortida de l’inversor. Com a pas previ a la realització de les proves experimentals s’ha adaptat la plataforma experimental a les necessitats del projecte. Finalment, s’han realitzat proves experimentals que ens permeten comparar el comportament teòric de les tensions amb el seu comportament real. Comparant els resultats experimentals amb les simulacions realitzades es pot concloure que la modulació funciona correctament sobre l’inversor, acomplint-se l’objectiu principal del projecte.