Cuando se tiene una carga no lineal, como lo es un rectificador CA/CC, la corriente resultante es alterna pero no sinusoidal, apareciendo corrientes y tensiones armónicas en el sistema eléctrico que crea diversos problemas a lo largo de la red tales como: el aumento de pérdidas de potencia activa, sobretensiones en los condensadores, errores de medición, mal funcionamiento de protecciones, daño en los aislamientos, deterioro de dialéctricos, disminucón de la vida útil de los equipos, entre otros. En esta memoria se propone una nueva técnica de rectificación que sea capaz de evitar la inyección de corrientes armónicas a la red y sus respectivos problemas asociados. Esta propuesta, basada en la técnica elaborada por el Prof. villablanca, consiste en modular la corriente CC a la salida de un rectificador multipulsos, de modo que esta refleje en el lado CA una corriente perfectamente sinusoidal. Para ello la corriente CC debe seguir una referencia dada por semisinusoides de frecuencia determinada por la cantidad de pulsos del rectificador. Para modular la corriente, se propone utilizar un interruptor en paralelo a la salida del rectificador, método que experimentalmente arrojó mejores resultados que la versión en serie propuesta anteriormente por el Prof. villablanca. Para entender el comportamiento de esta nueva configuración, en esta memoria se simula el rectificador propuesto en una de las aplicaciones que mayor demanda de potencia existe en el mercado; un recitificador aplicado a la red de tracción de sistemas ferroviarios subterráneos. Los resultados de las simulaciones muestran que con una frecuencia de conmutación de 5 kHz y circulando corriente nominal se obtiene un rendimiento de 94,6%, con un THD de corriente de 4,6% y una temperatura de operación de 110.3 °C en las junturas de los cuatro IGBT utilizados. De la potencia utilizada perdida por los interruptores, un 32,3% corresponde a pérdidas por conducción de los dispositivos, mientras que el 67,6% corresponde a pérdidas por conmutación. A su vez el rectificador logra superar las exigencias que demanda una subestación de rectificación de gran tracción clase F. Se concluye que el rectificador, en condiciones estacionarias, es capaz de soportar las exigencias necesarias en términos de potencia y temperatura, cumpliendo el objetivo de reducir el contenido armónico asociado. Sin embargo, ante variaciones importantes importantes de corriente, el comportamiento no es el más óptimo, debido a la imposibilidad del control de modificar la frecuencia de conmutación y así adaptarse a las condiciones de operación. Como trabajo futuro se propone ahondar en la lógica de control del rectificador propuesto; si bien la banda de histeresis presenta un buen avance y una aceptable estrategia de control, si se mide la temperatura del dispositivo y el THD de la corriente de entrada, se podría controlar, además de la magnitud de la corriente de salida, la frecuencia de conmutación y el ancho de la banda de histéresis, de forma de optimizar una función objetivo que contemple los valores de THD y pérdidas del rectificador, mejorando su desempeño y rendimiento dependiendo de las necesidades inmediatas de operación.

Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / {El presente proyecto de tesis consiste en la implementación de un Rectificador controlado basado en un Convertidor Multinivel Modular (Modular Multilevel Converter en inglés). Este proyecto se encuentra dentro del marco del proyecto FONDECYT: 1440337 Modular Multilevel Converter Technologies for High Power Drives (Aplicaciones de Convertidores Modulares Multinivel para accionamientos de alta potencia) el cual tiene por objetivo principal el estudio de estrategias de control para Convertidores Multinivel Modulares (comunmente abreviado como MMC o $M^2C$ por sus siglas en inglés) en accionamientos eléctricos, lo cual es un gran desafío ya que contempla la operación de estos en condiciones no usuales, tales como frecuencia variable (incluyendo las bajas) y tensión variable (tanto en los lados de alterna como de continua). La topología propuesta en dicho proyecto es el convertidor M2C back to back, que consiste en la conexión de 2 convertidores modulares por el enlace de continua, dejando los lados de alterna como puertos de entrada y/o salida para la conexión con la máquina y la red. En una etapa anterior ya se implementó el conversor del lado de la máquina, trabajo realizado Mauricio Espinoza en marco de su doctorado y expuesto en n publicaciones. El presente trabajo de tesis pretende aportar con la implementación del convertidor del lado de la red para así completar el convertidor Back to Back. Las primeras publicaciones relacionadas con el MMC realizan un modelado por fase, el cual es más simple e intuitivo, no obstante, conlleva desventajas asociadas como el acople en los lazos de control, que dificulta el diseño de los controladores y afecta a la dinámica del sistema. en los últimos 2 años se han desarrollado modelos desacoplados, los cuales por medio de transformadas permiten obtener 3 subsistemas independientes. Una característica del modelamiento transformado es que permite plantear distintas estrategias de control, dependiendo de cuales flujos de potencia se utilizan para balancear la energía entre las ramas del convertidor. Si bien algunas estrategias ya están planteadas, han sido aplicadas en distintas condiciones por lo que no se pueden comparar sus resultados. Todas las estrategias obtenidas se deducen de la linealización del modelo del convertidor, por lo que asumen pequeñas desviaciones en torno a un punto de operación. El principal problema de esto es que al encenderse el convertidor los voltajes en condensadores son igual a cero, por lo que debe realizarse un proceso de precarga para llevar los voltajes al punto de operación. Si bien la estrategia más popular y simple publicada es la precarga natural, esta no puede ser utilizada en este proyecto ya que por seguridad la lógica de los submódulos se encarga de negar las acciones de control entre los semiconductores, también se descartan los métodos que incluyen electrónica adicional en los módulos, dejando la opción de estudio entre las estrategias de selección y precarga controlada para este trabajo. Los aportes realizados por este trabajo son los siguientes: primero es la construcción y puesta en marcha del rectificador MMC ocupando modulación PS-PWM, el cual posteriormente servirá para futuros trabajos, tanto solo como en conexión Back to Back, el segundo aporte es la implementación y validación experimental de las posibles estrategias de control lineal en el convertidor, junto con el análisis de sus ventajas y desventajas en operación de rectificador.