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UNIVERSIDAD CARLOS III DE MADRID
PROYECTO
FINAL
DE
CARRERA
Estudio del Filtro LCL
aplicado a Inversores Fotovoltaicos
Autor:
Alberto Villa Manrique
Director:
Dr. Joaqu´ın Eloy-Garc´ıa Carrasco
´ ´ DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRICA
Legan´es,juliode2011
Secretario:
Vocal:
Califi i´ cac on:
Director:quoanE´ıJscoı´Caraarol-yaGcr
Firma del tribunal calificador:
Presidente:
PROYECTO FINAL DE CARRERA
LCL
de
Legan´es,
aplicado a Inversores Fotovoltaicos
Autor:Alberto Villa Manrique
del Filtro
Estudio
Firma
de
Resumen
Lademandadesistemasdegeneracio´ndeenerg´ıael´ectricabasadosenfuentesdeenerg´ıa
renovable,talescomoe´olicaysolarfotovoltaica,hasituadoalosconvertidoreselectr´onicos
depotenciaenunaposici´onestrat´egica.Esteintere´shapropiciadoqueseestudiennuevos
dise˜nosdeltrosparamejorarsuconexio´nared.
Parapoderconectarelconvertidoralaredel´ectricaesnecesarioutilizarunltrode
corrienteentrelasalidadelinversorylared,puesunaconexi´ondirectaprovocar´ıaun
cortocircuito.Adema´s,lacalidaddelaondadependeengranmedidadeesteelemento,pues
eselencargadodeatenuarlascorrientesarm´onicasdealtafrecuencia.Laprimerasoluci´on
fuedisen˜arltrosdetipoinductivoparareducirlascorrientesarm´onicasypoderconseguira
lasalidaunase˜nalloma´ssinusoidalposible.Sinembargo,enestetipodeltros,unaumento
deltradoimplicaunmayorvalordeinductancia.Estosupone,adem´asdeunaumentodel
tama˜noycostedelltro,unareduccio´ndelmargendetrabajodelconvertidor.
Pararesolvertodosestosproblemas,unaposiblesolucio´nesaplicarltrosLCLquepre-
tenden conseguir el mismo comportamiento que el filtro inductivo pero con mejores presta-
ciones,talescomomenortasadedistorsio´narm´onicatotalenlascorrientesdesalida(THD,
delingle´s DistorsionT otal armonic Hr),mnaoymoeusasaicarg,ortlelodesypnoa˜amrt
capacidaddeltradoymenorcaı´dadetensi´onenelltro,alversereducidoslosvalores
delasinductanciasenseriedelinversor,loquepermitetrabajarconı´ndicesdemodulaci´on
en amplitud menores, mejorando la forma de onda de la corriente. Sin embargo, este tipo
deltrossonintr´ınsecamenteinestablesporloquesera´necesarioaplicart´ecnicasdeamor-
tiguamiento.
El principal objetivo de este proyecto es estudiar un convertidor fotovoltaico conectado a
redmedianteunltrodetipoLCL.Deestaforma,sepodra´nanalizarsusventajasrespecto
alltrodetipoL.Parapoderllevaracaboesteestudio,hasidonecesariorealizarunan´alisis
de la influencia del filtro sobre las especificaciones del sistema y el control del convertidor. A
6
partirdeeseana´lisis,sehadesarrolladounprogramaquepermitecalcularelltroenfunci´on
delospar´ametrosdelsistemayunsegundoprogramaquepermitecalcularlosreguladores
de los lazos de control. Una vez conseguido esto, se ha podido simular el sistema y se ha
comparado el convertidor con ambos filtros.
Los resultados obtenidos confirman la posibilidad de utilizar un filtro que proporciona
un mayor margen de trabajo al convertidor con un peso y coste menores.
Losprogramasylosmodelosdesimulaci´onsehanobtenidousandolaherramientaMatlab
yMatlab/Simulink, respectivamente.
´ Indice
1.Introducci´on
general
1.1.Motivaci´on
.
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1
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3. Estructura del proyecto . . . . . .
2.Disen˜odelltro
.
. . .
. .
. . .
. .
. . . . .
. . . . . . . .
2.1.Introduccio´n.....................................
2.2.Topologı´aL.....................................
2.3.
2.4.
Topologı´aLCL............
Amortiguamiento
del filtro
LCL . . .
I
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
.
.
.
.
.
5
7
7
8
10
12
II
´ INDICE GENERAL
2.4.1.Funci´ondetransferencia..........................12
2.4.2. Comportamiento del filtro amortiguado . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.5. L´ımites de funcionamiento del inversor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.6. Requisitos y limitaciones del filtro LCL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.7.Procedimientodeca´lculodelltroLCL.....................27
3.Modelodin´amicodelsistema
31
3.1.Introduccio´n.....................................31
3.2. Modelo en ejesdq 32 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .del convertidor .
4.Disen˜odelcontrol
37
4.1.Introduccio´n.....................................37
4.2.Modulacio´nvectorial................................39
4.3.C´alculodelosreguladores.............................45
4.3.1. Regulador de corriente . . . . . . . . . . . .
4.3.2.Reguladordetensio´n....
. . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 45
. . . . . . . . . . . . . .
.
48
6. Conclusiones
.
. .
. . . . . . 51
5.Simulacio´n
´ INDICE GENERAL
51
III
A. Contenidos del CD-ROM
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
5.2.2. Rizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
64
5.2.1.Respuestadin´amica............................
61
5.2. Estudio del filtro LCL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
57
5.1.Datospreviosalasimulacio´n..
. . . . . . 54
66
5.3.1.Respuestadin´amica............................
´ 5.3.3.Indicedemodulaci´on.....
5.3.2. Rizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
64
´ 5.2.3.Indicedemodulacio´n...........................
65
5.3.Comparaci´onFiltroLconFiltroLCL......................
71
67
73
. . . . . . . . . . .
. . . . .
.
. . . . .