Modular converter structures for statcom application under unbalanced conditions

Resumen

La sociedad actual se enfrenta a varios retos importantes en materia energética, entre los que destacan la gran dependencia de los combustibles fósiles, el constante aumento del consumo energético, o los problemas medioambientales que estos factores conllevan. La integración de sistemas de generación distribuida, principalmente de origen renovable, se presenta como la solución más interesante para hacer frente a estos retos. No obstante, la penetración de generación renovable en la red eléctrica trae consigo ciertos retos debido a su naturaleza no gestionable en comparación con los sistemas de generación convencionales. Los sistemas de origen renovable a menudo utilizan convertidores electrónicos de potencia para su conexión a la red en lugar de generadores síncronos, lo que hace que los sistemas eléctricos hayan pasado a estar dominados por convertidores. Dado que una red eléctrica dominada por convertidores electrónicos de potencia hace cada vez más necesario contar con dispositivos de mayor tensión y potencia, los convertidores multinivel de fuente de tensión (VSC) basados en estructuras modulares se perfilan como una de las alternativas más prometedoras para tal fin. En este contexto, los sistemas flexibles de transmisión de corriente alterna (FACTS) y, en particular, los compensadores estáticos síncronos (STATCOM) desempeñan un papel fundamental en la evolución de las redes eléctricas modernas hacia las futuras redes inteligentes. Los STATCOM-s, especialmente los que se basan en convertidores VSC multinivel basados en estructuras modulares, se utilizan en una variedad cada vez más amplia de escenarios en los que destaca el funcionamiento en condiciones desequilibradas. Desde el punto de vista del fabricante del convertidor, no es tan evidente qué topología VSC debe utilizarse para cada caso. Es por ello que el propósito de esta tesis doctoral es contribuir al conocimiento en el campo del diseño de VSC-s, con el objetivo de facilitar al fabricante la comparación y selección de la topología más adecuada, su correcto diseño, o su adaptación para hacer frente a los exigentes requisitos de operación que una red eléctrica dominada por convertidores implica. Entre estos requisitos, este trabajo se centra principalmente en la aplicación STATCOM de los convertidores VSC multinivel basados en estructuras modulares que operan ante tensiones y/o corrientes desequilibradas.