Browsing by Author "Neira Castillo, Sebastián Felipe"
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- ItemDesign of power converters with embedded energy storage for hybrid DC-AC application(2023) Neira Castillo, Sebastián Felipe; Pereda Torres, Javier Eduardo; Merlin, Michäel Marc Claude; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de IngenieríaLa creciente inclusión de energías renovables en los sistemas eléctricos está provocando una revolución en la estructura de las redes eléctricas modernas. En este contexto, la presente tesis investiga el diseño de conversores de potencia con capacidades extendidas debido a la incorporación de almacenamiento de energía dentro de las topologías. Así, el objetivo de la investigación es proponer conversores de potencia con capacidades de integración de tecnologías de almacenamiento de energía para brindar servicios adicionales requeridos para la operación de sistemas híbridos CC-CA. La tesis consta de dos partes, la primera parte muestra el trabajo desarrollado para aplicaciones de baja y media potencia, mientras que la segunda parte describe la investigación realizada para sistemas de alta potencia. La primera parte de esta tesis explica el diseño y operación de un conversor CC-CC-CA de tres puertos desarrollado para integrar el almacenamiento de energía en aplicaciones híbridas CC-CA. La topología se basa en un convertidor CC-CA convencional de dos niveles y utiliza una sola etapa de conversión de energía para controlar el flujo de energía entre tres puertos, lo que minimiza los componentes necesarios. Los resultados de simulación y experimentales validan el funcionamiento de la propuesta, mostrando que un sistema de control multivariable permite explotar los grados de libertad para gestionar interacciones de potencia de multiples elementos sin necesidad de conversores de potencia adicionales. Además, se realiza un análisis comparativo para mostrar las ventajas y limitaciones de la propuesta frente a soluciones de vanguardia en el mismo contexto. El estudio concluye que la topología propuesta es adecuada para sistemas de potencia media con capacidades de flujo de potencia bidireccional entre todos los puertos y necesidades limitadas de aumento de voltaje. La segunda parte de la tesis se centra en el diseño y operación de una topología de Conversor Modular Multinivel (MMC) con almacenamiento de energía integrado utilizando nuevas ramas paralelas en las fases del conversor. Esta topología permite la integracion de sistemas de almacenamiento de energía (ESS) de potencia limitada para desacoplar los lados de CA y CC de una subestación HVDC. Por lo tanto, permite la provisión de servicios auxiliares como respuesta de frecuencia rápida, capacidades de arranque en negro y nivelación de carga, que son requeridos por las redes eléctricas híbridas de CC-CA. Los resultados muestran que la propuesta permite agregar hasta un 37% de potencia desde el ESS considerando semiconductores de potencia de clasificación similar en una subestación MMC simulada de 1 GW. El análisis muestra que las pérdidas de dispositivos adicionales se mantienen por debajo del 1% por un ±10% adicional de energía desde ESS. En conclusion, esta tesis propone y analiza dos topologías diferentes para integrar el almacenamiento de energía en aplicaciones híbridas de CC-CA segun la potencia nominal requerida. El estudio se apoya en resultados de simulación y experimentales obtenidos durante el proyecto para validar ambas propuestas.
- ItemMillimetre-scale 200 MHz Bandwidth Magnetic Field Sensor to Measure Switching Current in SiC Module Terminals with Minimal Insertion Inductance(2025) Yan, Jiaqi; Wang, Yushi; Dymond, Harry C. P.; Neira Castillo, Sebastián Felipe; Finney, Steve; Judge, Paul D.; Stark, Bernard H.This paper reports the design method, physical realisation, and experimental validation of a miniature current sensor for use on SiC power module terminals where there is too little space for commercial Rogowski coils, or where their insertion would compromise busbar performance. Current sensing is carried out by inserting a thin, low-inductance copper spacer, between the module terminal and the busbar, in which a mm-scale notch is cut, to house two coplanar anti-series-connected sense coils. The notch shapes the magnetic field to achieve the desired frequency response of the sensor. The design method uses 3D and 2D finite element simulation to model frequency-dependant skin and proximity effects, to optimize the notch location and dimensions, and the coil location in the notch, thereby achieving a flat bandwidth and high gain. The sensor is experimentally validated against a commercial Rogowski coil in double pulse tests at 1200 V and 300 A, albeit with modifications to insert both sensors. Experimental results are also shown to validate the simulations that determined notch position, sensor location, and gain. The sensor is shown to have a 200 MHz bandwidth, an insertion inductance less than 50 pH, and a high immunity to switching currents in nearby terminals and conductors. Finally, the current sensor is demonstrated in use on three parallel modules in a one-megawatt (1200 V, 900 A) inverter with laminated busbars that have been optimized for low inductance leaving no room for commercial Rogowski coils, thus enabling the observation of the individual parallel modules’ switching current.
- ItemReduced Overshoots, Oscillations, and $dV/dt$ Generation in Parallel Connected SiC MOSFET Modules With Optional Active Current Balancing(2025) Parker, Mason; Neira Castillo, Sebastián Felipe; Horsley, Edward L.; Finney, Stephen; Judge, Paul D.