Grid-tied Multilevel Inverter with Phase-locked Loop Algorithm

Inversor multinivel conectado a la red con algoritmo de bucle de fase bloqueada

Un inversor multinivel es un dispositivo electrónico capaz de cambiar la energía de corriente continua en energía de corriente alterna con un voltaje y una frecuencia establecidos por el usuario. Son ideales para conectar fuentes de energía renovables a la red de corriente alterna, centrales energéticas y redes inteligentes. La tensión debe estar equilibrada y sincronizada con la red eléctrica para un rendimiento adecuado. Este trabajo muestra la sincronización de tensión entre la tensión de salida de un inversor y la red de CA utilizando un bucle de cierre de fase basado en un observador adaptativo. El algoritmo propuesto puede funcionar bajo incertidumbres de la red como el ruido y genera una señal de referencia para la modulación utilizada en el inversor. El algoritmo es robusto y computacionalmente eficiente y puede implementarse mediante elementos básicos como amplificadores operacionales, resistencias y condensadores, reduciendo su dificultad de ejecución en un sistema.

I. INTRODUCCIÓN

El interés por la generación de energía a través de fuentes de energía renovables (como la energía solar y la energía eólica) ha aumentado en los últimos años. Además, los beneficios que se obtienen con esta forma de generación de energía son ampliamente aceptados y amigables con el medio ambiente [ 1 - 2 ]. Los inversores multinivel son dispositivos electrónicos que cambian la energía CC en energía CA y se han utilizado para conectar la red CA y fuentes de energía renovables con las topologías clásicas (NPC, condensador volante y puente H en cascada) [3 ] .

Además de utilizar inversores multinivel para acondicionar la energía, es necesario tener un proceso de control para encontrar el ángulo de fase de la red de CA para sincronizar las energías [ 4 ]. Una forma de lograr esto es mediante el uso de algoritmos de bucle bloqueado en fase (PLL) [ 5 ]. Consiste en un lazo de control que genera una señal de CA que se compara con una señal de referencia, obteniendo información como frecuencia, amplitud y fase [ 6 ]. Los primeros esquemas de sincronización se basaron en una estimación en bucle abierto del ángulo de fase mediante la detección de cruces por cero [ 7 ]. Sin embargo, la presencia de fenómenos relacionados con la calidad de la energía provoca limitaciones para los controladores de este tipo. Para mejorar estos aspectos negativos, se implementó el seguimiento de fase y se obtuvieron buenos resultados, y se agregó un oscilador armónico controlado por voltaje para compensar la desestabilización armónica [ 8 ].