Análisis de MMSPC para configuraciones en HVDC

Abstract

Durante los últimos años, debido al gran avance en la tecnología y el desarrollo de la electrónica de potencia, la transmisión en HVDC ha tomado un gran interés del sector industrial debido a los múltiples beneficios en comparación a la transmisión en HVAC tales como; menores perdidas en las líneas de transmisión, no requiere compensación de reactivos, la distancia de transmisión no se ve limitada por problemas de estabilidad, a distancias mayores de 600 [km] los costos de transmisión (aérea) son menores, entre otros. Para realizar la transmisión en HVDC es necesario un convertidor multinivel apropiado que permita la conversión AC/DC y DC/AC, comercialmente la empresa Siemens ofrece HVDC Plus, el cual basa su tecnología en la topología de un convertidor modular multinivel (MMC), brindando una arquitectura del convertidor de forma modular, una alta escalabilidad, una gran calidad en las formas de onda de salida, entre otros. Por otro lado, la desventaja del MMC es la complejidad relacionada a la estrategia de control, ya que se deben abordar múltiples objetivos de manera simultánea, tales como; control de la corriente circulante, control de la corriente alterna y control sobre la corriente continua, con el fin de mantener una operación optima y estable. Debido a lo anterior, ha aumentado el interés de parte de la academia en desarrollar nuevas topologías que permitan mejorar continuamente la operación en términos de simplicidad del convertidor, dentro de las cuales destaca el desarrollo de celdas MMSPC, las que permiten realizar conexiones serie y paralelo entre elementos adyacentes permitiendo una operación estable y considerablemente más sencilla en comparación al MMC tradicional sin la necesidad de realizar una estrategia de control para lograr dicho objetivo. En este documento se presenta el estudio y simulación de la topología clásica del MMC, basando sus fundamentos en modelos matemáticos brindados por la academia, destacando los beneficios y desafíos de la operación del convertidor orientado en aplicaciones de HVDC. Posteriormente se analiza la topología y simulación del MMC basado en celdas MMSPC, en donde se consiguen múltiples beneficios, entre los cuales destaca una operación estable, robusta y considerablemente más sencilla en comparación al caso anterior. Finalizando con la presentación de distintas topologías extras basadas en celdas MMSPC junto con las simulaciones correspondientes y resultados experimentales de una topología extra específica.