Digital resonant current controllers for voltage source converters

Regulacion de corriente senoidal en convertidores en fuente de tension es un aspecto fundamental para lograr un alto nivel de rendimiento en una gran variedad de aplicaciones, como pueden ser accionamientos de motores electricos, filtros activos de potencia, turbinas eolicas, inversores fotovoltaicos o rectificadores activos. Uno de los tipos de reguladores de corriente mas extendidos son los controladores resonantes, que consiguen error nulo en regimen permanente a determinadas frecuencias, al tiempo que proporcionan una buena combinacion de simplicidad y alto rendimiento. Sin embargo, hay ciertos aspectos en relacion con estos controladores que no han sido abordados en la literatura tecnica en el tema, y que deben ser investigados de cara a aprovechar todo su potencial. La mayoria de los estudios dedicados a controladores resonantes han sido desarrollados en el dominio continuo";" sin embargo, sus observaciones y conclusiones no pueden ser directamente aplicadas a dispositivos digitales, que trabajan en el dominio discreto. En los escenartios actuales, la mayoria de los controladores de corriente son implementados en plataformas digitales, de modo que la influencia del proceso de discretizacion no debe ser ignorado. Varias implementaciones en tiempo discreto de controladores resonantes han sido propuestas, pero una comparacion del rendimiento obtenido por una amplia variedad deestrategias de discretizacion aplicadas a controladores resonantes no ha sido presentada. Una de las contribuciones de esta tesis consiste en una comparacion en profundidad de los efectos de estrategias de discretizacion al ser aplicadas a controladores resonantes. Se prueba que el proceso de discretizacion es de gran importancia en estos reguladores, principalmente debido a sus caracteristicas resonantes. Las alternativas de implementacion en tiempo discreto optimas son establecidas, en terminos de su influencia sobre la posicion del pico resonante y la respuesta de fase con respecto a frecuencia. Las implementaciones de controladores resonantes basadas en dos integradores son ampliamente utilizadas debido a su simplicidad en adaptacion en frecuencia. Sin embargo, en esta tesis se prueba que estos esquemas requieren menor consumo de recursos, pero a costa de importantes inexactitues que empeoran considerablemente el rendimiento, excepto a muy bajas frecuencias resonantes y periodos de muestreo. Implementaciones alternativas basados en dos integradores se proponen en esta tesis, que alcanzar mayor rendimiento por medio de mayor exactitud en las posiciones de los picos resonantes y en la compensacion de retardo, mientras se mantiene la ventaja en baja carga computacional y buena adaptacion en frecuencia de los esquemas originales. El analisis y diseno de los controladores resonantes tambien es abordado. Los metodos existentes, que estan basados principalmente en el criterio del margen de fase, presentan algunas limitaciones, especialmente cuando hay multiples cruces por cero en la respuesta en ganancia con respecto a frecuencia. Esta situacion surge en casos como control selectivo y cuando se requieren frecuencias resonantes relativamente altas con respecto a la frecuencia de commutacion (por ejemplo, en convertidores de alta potencia, donde la frecuencia de conmutacion debe ser baja para reducir las perdidas de conmutacion). En esta tesis, los controladores resonantes se analizan por medio de diagramas de Nyquist. Se prueba que la minimizacion del pico de sensitividad permite conseguir un mayor rendimiento y estabilidad que maximizando el margen de fase o de ganancia. Un metodo sistematico, apoyado por expresiones analiticas en forma cerrada, son propuestas para obtener la mayor estabilidad y rendimiento, incluso cuando existen multiples cruces por cero.