Nueva tecnología de modulación por ancho de pulsos para reducir las pérdidas de conmutación en inversores trifásicos

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Investigadores de la Universidad Khalifa de los Emiratos Árabes Unidos han desarrollado una novedosa técnica de modulación de ancho de pulso vectorial espacial (SVPWM, por sus siglas en inglés) para controlar los interruptores y reducir las pérdidas por conmutación en inversores fotovoltaicos trifásicos.

El enfoque propuesto pretende reducir la tensión en modo común (CMV), que se genera por la operación de conmutación de los inversores de modulación por ancho de pulsos (PWM) y que suele provocar fallos en los rodamientos y ruidos de interferencia electromagnética (EMI) y, en algunos casos, corriente de fuga a tierra, fallos de aislamiento y fallos en los rodamientos del motor.

En el estudio “An energy efficient control method of a photovoltaic system using a new three-phase inverter with a reduced common mode voltage” (Un método de control energéticamente eficiente de un sistema fotovoltaico utilizando un nuevo inversor trifásico con una tensión de modo común reducida.), publicado en Heliyon, el grupo afirma que el nuevo método SVPWM reduce eficazmente las pérdidas del inversor, minimiza la derivada de la tensión con respecto al tiempo (dv/dt) del CMV, disminuye el valor de pico máximo del CMV y simplifica el cálculo del ciclo de trabajo.

La técnica propuesta está concebida para su uso en inversores con una pata de 3 niveles, dos patas de 2 niveles y 12 estados de conmutación posibles: 10 vectores activos y 2 vectores cero. “Estos vectores de tensión adicionales ayudan a reducir el valor de pico máximo del CMV, así como el dv/dt”, explican los científicos. “El nuevo SVPWM genera la tensión de salida de referencia utilizando sólo ocho vectores”.

El rendimiento del nuevo método se comprobó mediante una serie de simulaciones y se comparó con el de otras técnicas convencionales de modulación por ancho de pulsos (PWM). Los científicos supusieron una frecuencia de conmutación de 2 kHz, una tensión de enlace de CC de 100 V, una resistencia de carga de 11 Ω, una inductancia de carga de 0,06 H, una capacidad parásita fotovoltaica de 500 nF y un condensador de enlace de CC de 4.700 μF.

El análisis demostró que el valor máximo del CMV alcanzado por la nueva técnica era hasta un 33,33% inferior al valor alcanzado por los métodos PWM convencionales. También se comprobó que el nuevo enfoque lograba un 12,92% menos de pérdidas totales, un 0,65% más de eficiencia y requería cálculos matemáticos menos complejos y numerosos para calcular los ciclos de trabajo e identificar los sectores en comparación con los enfoques PWM existentes.

Los investigadores también afirmaron que la nueva técnica es capaz de obtener una tensión de enlace de CC equilibrada y un mayor rendimiento con un índice de modulación más alto en comparación con las metodologías PWM tradicionales.

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