Técnica de medición para reducir el número de sensores de voltaje en un convertidor modular multinivel

Descripción de la Patente

Utilizando esta técnica de medición, cada sensor de voltaje es capaz de medir los voltajes del condensador de múltiples Sub-Modulos (SMs) de un Convertidor Multinivel Modular (MMC). La técnica propuesta reduce considerablemente el número de sensores de voltaje utilizados en MMCs, disminuyendo los costos y la complejidad del sistema de adquisición de datos. Se buscan socios para desarrollar aún más el sistema y/o para establecer acuerdos comerciales junto con cooperación técnica.

El Desafío

La operación del MMC requiere el uso de un algoritmo de equilibrio de voltaje, que selecciona los SMs que se activarán para mantener los voltajes del condensador SM lo más cercanos posible a su valor de referencia. Este algoritmo necesita conocer los valores de todos los voltajes de los condensadores SM, que generalmente se obtienen mediante medición directa. En aplicaciones reales del MMC, el número de SMs por brazo puede llegar a cientos, lo que requiere un gran número de sensores de voltaje con su circuito de adquisición y procesamiento asociado. Esto compromete la confiabilidad del MMC, además de complicar su implementación y control.

La Tecnología

El sistema propuesto determina los voltajes de los condensadores SM utilizando un número mínimo de dos sensores de voltaje por brazo. Cada sensor de voltaje está conectado a la salida de un conjunto de SMs conectados en serie dentro de cada brazo, adquiriendo la medición de voltaje solo cuando se activa un SM del conjunto. El valor adquirido corresponde al voltaje del condensador del SM activado menos algunas caídas de voltaje en los semiconductores, que se pueden estimar fácilmente. Dado que las mediciones de todos los voltajes de los condensadores no siempre están disponibles, se estiman mediante un modelo matemático. En este modelo matemático, los valores de voltaje del condensador se actualizan cada vez que hay una nueva medición disponible. Para garantizar la actualización periódica de cada uno de los voltajes de los condensadores estimados, se propone un algoritmo que obliga a la medición de cada voltaje de condensador. Además, la confiabilidad de esta técnica de medición puede mejorarse mediante la adición de algunos sensores de voltaje redundantes.

Ventajas Innovadoras

• Reducción del número de sensores de voltaje necesarios para medir los voltajes del condensador SM en el MMC, reduciendo así los costos directos e indirectos.
• Mejora de la confiabilidad mediante la adición de sensores de voltaje redundantes.
• Altamente tolerante al ruido de conmutación, ya que las medidas se toman entre las conmutaciones.

Estado Actual de Desarrollo

Prototipo experimental y pruebas superadas.

Aplicaciones y Mercado Objetivo

• Sistemas de medición y adquisición de datos en MMCs.
• Mejoras en la tolerancia a fallas de los MMCs.
• Fabricantes de MMCs.