Students use a variety of technological and informational resources (e.g libraries, databases, computer networks, video) to gather and

En esta sección se presentan las conclusiones del trabajo de investigación y los trabajos propuestos relacionados con el tema. Este capítulo se divide en dos secciones principales: En la sección 5.1 se presenta un recuento de los objetivos alcanzados durante el desarrollo del trabajo de tesis: se resalta el marco de la investigación y se presentan las principales aportaciones realizadas. En la sección 5.2 se presentan las recomendaciones y trabajos futuros.

5.1.

Conclusiones generales

En este trabajo se presentó una metodología para la compensación cuando ocurre una falla (c.c. o c.a.) en el inversor en cascada de 7 niveles. Para tolerar la falla, se reestructuró el sistema quitando la célula correspondiente; y se reconfiguró la modulación IPDPWM con base en el principio de amplitud limitada.

Por otro lado, los objetivos replanteados de la propuesta se cumplieron al satisfacer los siguientes puntos:

 Aislar la falla para reparar la célula correspondiente.  Reestructurar el sistema para repararse en funcionamiento.  Obtener un voltaje línea-línea balanceado a la salida.

 Analizar la metodología para la reconfiguración de la técnica de modulación (IPDPWM).

El diseño de la estrategia de compensación permite al sistema ser tolerante a fallas y trabajar continuamente. El inversor proporciona una salida balanceada del voltaje línea-línea cuando se tiene una o dos células con falla en una fase. Esto se logró mediante la reconfiguración del sistema que consiste en: el cambio de las referencias de las fases y el aislamiento de la célula dañada.

Para cambiar las referencias de las fases se reconfiguró de manera sencilla la modulación

IPDPWM. La idea para la compensación se basó en la modificación de la modulación en las fases sin

falla, justamente en el momento en el que a la(s) célula(s) con falla debería(n) conmutar. Las señales de referencia para las fases sin falla se obtuvieron a partir del valor del voltaje de la referencia con falla y del voltaje de línea-línea existente entre las referencias sin falla.Para el aislamiento de la célula se aprovechó la modularidad del convertidor para que se pudiera reparar en funcionamiento: es una ventaja que se le puede atribuir al método de reconfiguración.

Como conclusiones de la simulación se presentan resultados del estudio en el inversor multinivel encascada con funciones de tolerancia a fallas. El convertidor de potencia se implementó en el paquete de simulación PSIM y se verificó que los resultados obtenidos fueran los correctos en cuanto al comportamiento general de la parte de potencia. Debido a las limitantes naturales del simulador PSIM (no permite implementar de forma sencilla el control requerido) en este trabajo se utilizó adicionalmente el paquete de simulación Matlab-Simulink para el control del sistema. Asimismo, se validó de forma experimental la reconfiguración propuesta mediante el uso de una plataforma de bajo voltaje, con lo cual se obtuvieron resultados funcionales.

Una ventaja atractiva que presenta la técnica empleada es que no necesita de cálculos extras para ser empleada en un inversor de mayor número de niveles; con lo que queda teóricamente sin restricciones para emplearse en un inversor en cascada con N número de niveles. Asimismo, no se necesita de ningún cambio de las leyes que obedezcan a las referencias cuando se descompone cualquier célula de una fase, sólo hace falta una reasignación de las señales de compuerta. La única restricción que tiene la técnica es que sólo tolera células dañadas en una fase. Sin embargo, cuando se tiene una célula con falla, se obtiene un nivel nominal del voltaje línea-línea trabajando a un índice de modulación M<0.97. Esto implica incrementar el índice de modulación en las fases sin falla que conlleva a un incremento en los esfuerzos en los dispositivos.

5.2.

Recomendaciones y trabajos futuros

Entre los trabajos futuros que complementan este trabajo de investigación se consideran los siguientes:

a) Aplicar el algoritmo de la estrategia de reconfiguración de IPDPWM empleando un sistema de procesamiento digital, por ejemplo un DSP (Digital Signal Proccessing).

b) Abordar los métodos de diagnóstico de fallas en el convertidor, en donde, las señales de residuo se obtienen directamente de las señales de compuerta de los DSEP.

c) Estudiar las implicaciones de esfuerzos en los DSEP cuando se aplica la compensación del sistema.

Referencias

[Aguayo, 04] Jesús Aguayo Alquicira “Diagnóstico de Fallas en un Inversor a partir de los Tiempos de Conmutación en los Dispositivos

Semiconductores” Tesis de Doctorado, México, Diciembre 2004 Page(s) 1-106

[Akagi, 07] Hirofumi Akagi, Shigenori Inoue, “Control and Performance of a Transformerless Cascade PWM STATCOM With Star Configuration” IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS, VOL. 43, NO. 4, JULY/AUGUST 2007Page(s) 1041-1049

[Bárcenas, 02] E. Bárcenas, S. Ramírez, et al. “Cascade Multilevel Inverter with Only One DC Sorce” IEEE Internacional Power Electronics Congreso CIEP 2002, Guadalajara México, Page(s): 171-176

[Blanke, 00] M. Blanke, Christian W. Frei, Franta Kraus, Ron J. Patton, Marcel Staroswiecki, “What is Fault-Tolerant Control,” Safeprocess´2000 IFAC Symposium on Fault Detection Supervision and safety for Technical Processes, Budapest, pp. 40-51, June 2000.

[Bolognani, 00] Silverio Bolognani, Marco Zordan and Mauro Zigliotto, “Experimental Fault-Tolerant Control of a PMSM Drive” Industrial Electronics, IEEE Transactions on Volume 47, Issue 5, Oct. 2000 Page(s):1134 - 1141

[Camargo, 03] R. F. de Camargo, F. Botterón, H. L. Hey, H. A. Gründling, J. R. Pinheiro and H. Pinheiro “ New Limiting Algorithms for Space

Vector Modulated Three-Phase Four-Leg Voltage Source Inverter” Electric Power Applications, IEE Proceedings- Volume 150, Issue 6, 7 Nov. 2003

Page(s):733 - 742

[Chen, 05] Alian Chen, Lei Hu, Lifeng Chen, Yan Deng, Gang Yao, Xiangning He “A Multilevel Converter Topology with Fault Tolerant Ability” Power Electronics, IEEE Transactions on Volume 20, Issue 2, March 2005 Page(s):405 - 415

[Claudio 04] A. Claudio Sánchez “A survey of fault diagnosis methods for induction motors drives under inverter fault conditions” Electrical and Electronics Engineering, 2004. (ICEEE). 1st International Conference on 24-27 June 2004 Page(s):367 - 372

[Da Silva, 06] Edison R. da Silva, Wellington S. Lima, Antônio S. de Oliveira Jr., Cursino B. Jacobina “Detection and compensation of switch

faults in a three level inverter” Power Electronics Specialists Conference, 2006. PESC '06. 37th IEEE 18-22 June 2006 Page(s):1309 – 1315

[Eaton 03] Dan Eaton, John Rama “Neutral Shift- Five Years of Continous Operation” IEEE INDUSTRY APPLICATIONS MAGAZINE • NOV|DEC 2003

Page(s):40– 49

[Francois 02] Francois, B.; Hautier, J.P.;Design of a fault tolerant control system for a NPC multilevel inverter Industrial Electronics, 2002. ISIE

2002. Proceedings of the 2002 IEEE International Symposium on Volume 4, 8-11 July 2002 Page(s):1075 - 1080

[Fuchs, 03] Friedrich W. Fuchs “Some Diagnosis Methods for Voltage Source Inverters In Variable Speed Drives with Induction Machines A Survey” Industrial Electronics Society, 2003. IECON '03. The 29th Annual Conference of the IEEE Volume 2, 2-6 Nov. 2003 Page(s):1378 - 1385

[Holmes 03] D. Grahame Holmes, Thomas Lipo, “Pulse Width Modulation for Power Converters” Wiley-Interscience. Canada,2003. ISBN 0471208140

[Hnatek, 02] Eugene Hnatek, “Practical Reliability of Electronic Equipment and Products” Marcel Dekker Inc. 2002

[Isermann, 02] R. Isermann, R. Schwart, S. Stölzl, “Fault-tolerant Drive-by-Wire System”, IEEE Control Systems Magazine, October 2002.Page(s): 64-81,

[Jahns, 07] Lee, K.; Jahns, T.M.; Venkataramanan, G.; Berkopec, W.E., “DC-Bus Electrolytic Capacitor Stress in Adjustable-Speed Drives Under

Input Voltage Unbalance and Sag Conditions”, Industry Applications, IEEE Transactions on Volume 43, Issue 2, March-april 2007 Page(s):495 - 504

[Kapur, 97] K. C. Kapur, L. R. Lanberson ”Reliability in Engineering Design” Wiley 1997 Page(s): 232

[Kastha, 94] [22] Kastha, D.; Bose, B.K.; “Investigation of fault modes of voltage fed inverter system for induction motor drive” Industry Applications, IEEE Transactions on Volume 30, Issue 4, July-Aug. 1994 Page(s):1028 - 1038

[Khomfoi, 06] Surin Khomfoi, Leon M. Tolbert “Fault Diagnosis System for a Multilevel Inverter Using a Principal Component Neural Network” Power Electronics Specialists Conference, 2006. PESC '06. 37th IEEE18-22 June 2006 Page(s):1 – 7

[Khomfoi2 06] Surin Khomfoi, Leon M. Tolbert “A Reconfiguration Technique for Multilevel Inverters Incorporating a Diagnostic System Based on

Neural Network” 2006 IEEE COMPEL Workshop, Rensselaer Polytechnic Institute, Troy, NY, USA, July 16-19, 2006 Page(s): 317-323

[Klima, 06] Jiri Klima “Analytical investigation of a new space-vector pwm strategy for improved induction motor drive reliability “Energy Conversion, IEEE Transaction on Volume 21, Issue 4, Dec. 2006 Page(s):832 – 838

[Kou 04] Xiaomin Kou, Keith A. Corzine, and Yakov L. Familiant,” A Unique Fault-Tolerant Design for Flying Capacitor Multilevel Inverter” IEEE Trans. Power Electronics, Vol. 19, No. 4 JULY 2004 Page(s):979-984

[Lahyani, 98] Lahyani, A.; Venet, P.; Grellet, G.,; Viverge, P.-J- “Failure Prediction of Electrolytic Capacitors During Operation of Switchmode

Power Supply”; IEEE Trans. Power Electronics, Vol. 13, No. 6, 1998, Page(s): 1199-1206.

[Lee, 06] Jae-Chul Lee1*, Tae-Jin Kim1, Dae-Wook Kang2, Dong-Seok Hyun1, “A Control Method for Improvement of Reliability in Fault

Tolerant NPC Inverter System” Power Electronics Specialists Conference, 2006. PESC '06. 37th IEEE 18-22 June 2006 Page(s):1304-1308

[Lei Hu, 05] Lei Hu, Mingyao Ma, Alian Chen, Xiangning He, “Reconfiguration of Carrier-based Modulation Strategy for Fault Tolerant Multilevel

Inverters” Industrial Electronics Society, 2005. IECON 2005. 31st Annual Conference of IEEE 6-10 Nov. 2005 Page(s):6 pp. Page(s):1048-1053 [Li 06] Shengming Li, Longya Xu “Strategies of Fault Tolerant Operation for Three-Level PWM Inverters” IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL. 21, NO. 4, JULY 2006 Page(s):933-940

[Li 01] S. Li and L. Xu, “Fault-Tolerant Operation of a 150KW 3-Level Neutral-Point-Clamped PWM Inverter in a Flywheel Energy Storage System”, Proc. of IEEE Industry Applications Soc., IAS´2001 Page(s): 585-588

[Mendes, 99] A. M. S. Mendes, A. J. M. Cardoso“Fault Diagnosis in a Rectifier Inverter Systems Used in Variable Speed AC Drives, by Park´s Vector

Aproach” IEEE SDEMPED 1999, Page(s): 99-103

[Mingyao Ma 07] Mingyao Ma, Lei Hu, Alian Chen “Reconfiguration of Carrier-Based Modulation Strategy for Fault Tolerant Multilevel Inverters” IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL. 22, NO. 5, SEPTEMBER 2007, Page(s): 2050-2060

[Mohan, 03] Mohan. Undeland. Robbins. “Power Electronics ,converters applications and design”. John Wiley & Sons, USA 2003 Page(s):211-225. [NEMA 87] NEMA Standard MG1 12.45-1987

[Park 04] Gun-Tae Park, Tae-Jin Kim, Dae-Wook Kang, Dong-Seok Hyun, “Control Method of NPC Inverter for Continuous Operation Under One Phase Fault Condition”, Proc. of IEEE Power Electronics Spec. Conf., PESC´04 2004. Page(s): 2188-2139

[Patton 97 ] Ron J. Patton, “”Fault Tolerant Control: The situation” Safeprocess´1997 IFAC Symposium on Fault Detection Supervision and safety for Technical Processes, Pages:1029-1047, 1997.

[Peng, 98] F. Z. Peng, J. W. McKeever, D.J. Adams “A power line Conditioner Using Cascade Multilevel Inverters for Distribution Systems” IEEE Transactions on Inustry Applications, vol. 34. No. 6, November/December 1998, Pages: 1293-1298

[Peuget, 98] Raphael Peuget, St´ephane Courtine, and Jean-Pierre Rognon “Fault Detection and Isolation on a PWM Inverter by Knowledge-Based

Model”, IEEE transactions on industry applications, vol. 34, no. 6, November/December 1998 Page(s):1318 – 1326

[Rashid 01]Muhammad Rashid' “ Power Electronics Handbook ” Academic Press. San Diego California, 2001 Page(s): 600-622 [Rashid 04]Muhammad Rashid' “ Power Electronics ” Pearson Prentice Hall 2004, Florida Page(s): 420-422

[Ribeiro 01]R. L. A. Ribeiro, C. B. Jacobina, E. R. C. da Silva, A. M. N. Lima' “A Fault Tolerant Induction Motor Drive System by Using a

Compensation Strategy on the PWM-VSI Topology ” IEEE 2001 Page(s): 1191-1196

[Rodriguez, 02] J. Rodriguez, J. Lai, F.Z. Peng “Multilevel Inverters: A survey of topologies, controls and applications” Industrial Electronics, IEEE Transactions on Volume 49, Issue 4, Aug. 2002 Page(s):724 – 738

[Rodriguez, 05] J. Rodriguez, P. W. Hammond, J. Pontt, R. Musalem, P. Lezana, M. J. Escobar , “Operation of a Medium-Voltage Drive Under

Faulty Conditions,” IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 52, no. 4, August 2005, Page(s): 1080-1085.

[Sanabria, 04] Carlos Sanabria, “Estrategia PWM implementada en un FGPA para aplicación en inversores multinivel” Tesis de maestría, cenidet, depto. Electrónica Cuernavaca, México, abril 2004

[Tian 05] Xijin Tian “Design-for-Reliability and Implementation on Power Converters” Reliability and Maintainability Symposium, 2005. Proceedings. Annual Page(s): 89-95

[Tolbert, 00] L. M. Tolbert, F. Z. Peng. “ Multilevel converters as Utility Interface for Renewable Energy Systems” Power Engineering Society Summer Meeting, 2000. IEEE, vol. 2 Page(s): 1271-1274.

[Tolbert, 99] L. M. Tolbert, F. Z. Peng, T. Habetler “Multilevel Converters for Large Electric Drives” IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 35, No. 1, January/February 1999, Page(s): 36-44.

[Ven03] Venkatasubramanian, V., (2003). “A review of process fault detection and diagnosis Part I: Quantitative model-based methods. Quantitative model-based methods.” En: Computers and Chemical Engineering, USA, Núm. 27, 2003, pp. 293-311.

[Wang, 04] H. Wang, S. Pekarek, B. Fahimi E. Zivi, J. Ciezki “Improvement of Fault Tolerance in AC Motor Drives Using a Digital Delta-

Hysteresis Modulation scheme” Power Electronics Specialists Conference, 2004. PESC 04. 2004 IEEE 35th Annual Volume 2, 20-25 June 2004

Cells” Applied Power Electronics Conference and Exposition, 2003. APEC '03. Eighteenth Annual IEEE Volume 1, 9-13 Feb. 2003 Page(s):261 - 267

vol.1

[Wei, 04] Sanmin Wei, Bin Wu, S. Rizzo*, N. Zargari*“Comparison of control schemes for multilevel inverter with faulty cells ” IEEE Industrial EleCtrOnicS Society, November 2 - 6,2004, Busan, Korea2003 Page(s):1817-1822

[Welchko, 04] Brian A. Welchko, Thomas A. Lipo, Thomas M. Jahns, and Steven E. Schulz, “Fault Tolerant Three-Phase AC Motor Drive

Topologies: A Comparison of Features, Cost, and Limitations” Power Electronics, IEEE Transactions on Volume 19, Issue 4, July 2004 Page(s):1108

- 1116

[Welchko, 03] [17] Brian A. Welchko Thomas A. Lip0 Thomas M. Jahns Steven E. Schulz' “Fault Tolerant Three-phase AC Motor Drive

Topologies; A Comparison of Features, Cost, and Limitations” electric machines and drives conference, 2003. iemdc'03. ieee international volume 1, 1-

4 june 2003 Page(s):539 - 546 vol.1