Modeling of asymmetrical boost converters

Modelado de convertidores, elevadores asimétricos

El conversor elevador, asimétrico y entrelazado (AIDB) es un conversor CD/CD de quinto orden, diseñado para las aplicaciones fotovoltaicas (PV). El AIDB produce armónicos de corriente bajos a los paneles PV, reduciendo así, la pérdida de potencia causada por la operación del conversor. Además, el AIDB provee un alto factor de transformación del voltaje requerido en enlaces de CD y utilizado en los inversores conectados a la red. Pero para rechazar perturbaciones ambientales o de carga, se requiere operar el AIDB en lazo cerrado, y por lo tanto, es necesario disponer de un modelo dinámico.

En tal ámbito, las técnicas clásicas de modelado en modo continuo (CCM) no son válidas, debido a que el AIDB opera en modo discontinuo (DCM) y las técnicas clásicas de control en DCM no son aplicables al AIDB. De esta manera, el presente artículo propone una nueva aproximación de modelado para el AIDB, orientada al control; el modelo propuesto se basa en el cálculo de la corriente de un diodo, típicamente no tenida en cuenta. Asimismo, debido a que la corrección del segundo ciclo de trabajo reportada en la literatura no es aplicable al AIDB, este artículo presenta una nueva ecuación. El modelo se valida a través de una comparación, en los dominios de tiempo y frecuencia, con simulaciones circuitales. Finalmente, se muestra la utilidad del modelo en las aplicaciones de control mediante un ejemplo práctico.

Introducción

Los sistemas de energía solar son alternativas eficientes para proporcionar redundancia en aplicaciones críticas, generar energía in situ y reducir la producción de energía tradicional que impacta en el medio ambiente, tanto para aplicaciones portátiles como residenciales (Ouyang, Cheng, Zhang y Yao, 2010).

En particular, los sistemas de generación fotovoltaica (FV) requieren convertidores de potencia para ajustar el punto de funcionamiento de los paneles FV para maximizar la producción de energía (Veerachary, Senjyu y Uezato, 2001). Este sistema de conversión de potencia se ha diseñado adoptando inversores de una sola etapa (Jain y Agarwal, 2007) o adoptando estructuras de doble etapa basadas en convertidores DC/DC y DC/AC (Ilango y Rajasekar, 2009). Sin embargo, debido a la posibilidad de realizar, tanto el seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) como la corrección del factor de potencia en la conexión con la red (Ilango y Rajasekar, 2009), las soluciones de doble etapa son ampliamente aceptadas en los sistemas de generación distribuida (Ahmed, Miyatake y Al-Othman, 2008), en las aplicaciones autónomas de CC (Arango, Ramos-Paja y Saavedra-Montes, 2012) y en los sistemas de potencia híbridos (Ilango y Rajasekar, 2009; Ahmed et al., 2008).