Esta tesis proporciona un estudio de los diferentes tipos de convertidores de media tensión, centrándose en el convertidor multinivel modular (MMC), debido alas ventajas que ofrece con respecto a otros convertidores. En concreto, debido a su utilidad en diferentes tipos de aplicaciones de media tensión, se ha elegido la topología MMC indirecta. Por lo tanto, se han estudiado su principio de funcionamiento, las distintas técnicas de modulación y de control existentes, los diferentes algoritmos de equilibrado de la tensión de los sub-módulos, así como el dimensionamiento de sus componentes.

El rendimiento de los MMCs en aplicaciones de media tensión (MV), en las que el número de sub-módulos (SMs) necesarios no es muy alto, se puede mejorar usando modulaciones de baja frecuencia de conmutación, tal como selective harmonic elimination-pulse width modulation (SHE-PWM), que proporciona un control estricto de los armónicos de orden inferior y pérdidas de conmutación bajas. Se tienen que cumplir dos objetivos para utilizar SHE-PWM con la topología MMC indirecta. En primer lugar, es necesario el control de un alto número de armónicos en todo el rango del índice de modulación. De esta forma, se puede utilizar un amplio rango de frecuencias fundamentales, usando una frecuencia de conmutación similar, para diferentes valores de índice de modulación. Por lo tanto, sería conveniente desarrollar un nuevo método que simplifique el proceso de cálculo de los ángulos de disparo y que permita calcular un alto número de ellos. En segundo lugar, es necesario controlar la corriente circulante con el objetivo de reducir el rizado de la tensión de los condensadores de los SMs, así como las pérdidas del MMC.

En esta tesis se propone un método de cálculo, que se basa en dos nuevas formulaciones que permiten resolver el problema de SHE-PWM con simetría de cuarto de onda (QW) y de media onda (HW), respectivamente. En concreto, se han considerado MMCs con (N+1) y (2N+1) niveles de tensión de salida de cada fase, obteniendo formas de onda (N+1) SHE-PWM y (2N+1) SHE-PWM, respectivamente, donde N es el número de SMs en cada rama del MMC. Este método de cálculo utiliza un sistema de ecuaciones único que es válido para cualquier forma de onda posible. Por lo tanto, es capaz de calcular simultáneamente, sin formas de onda predefinidas, tanto los patrones de conmutación como los ángulos de disparo asociados que resuelven el problema de SHE-PWM. En consecuencia, el proceso de búsqueda de los ángulos disparo se simplifica y se optimiza significativamente. Además, esta tesis propone también dos técnicas de control de corriente circulante que se pueden aplicar junto con (N+1) SHE-PWM y (2N+1) SHE-PWM, respectivamente. Las técnicas de control propuestas no distorsionan la tensión de salida de la fase.

Finalmente, se han obtenido distintos resultados de simulación que han permitido validar las nuevas formulaciones propuestas para SHE-PWM con simetrías QW y HW, además de las técnicas de control de la corriente circulante propuestas para (N+1) SHE-PWM y (2N+1) SHE-PWM. Por otro lado, se han obtenido resultados experimentales, a partir de un prototipo de MMC con una sola fase, que han permitido validar la formulación con simetría QW y el control de la corriente circulante propuesto para (2N+1) SHE-PWM.