Trabajo desarrollado por investigadores de la FIUNA compara desempeño de convertidores para mejorar la calidad de energía eléctrica

El Ing. Oscar Paredes, MSc., investigador del Departamento de Ingeniería Electrónica y Mecatrónica y del Centro de Investigación en Tecnologías Hidroeléctricas y Energía Distribuida (CITHED) de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Asunción (FIUNA), encabezó la publicación de un artículo científico en la revista Applied Sciences (Q1 en CiteScore), en colaboración con otros investigadores de la FIUNA y de la Universidad de Nottingham, Reino Unido.

El trabajo, titulado “Análisis comparativo de convertidores NPC de tres y cinco niveles con control predictivo de corriente para compensación de potencia reactiva: estudio por simulación y validación experimental de la topología de tres niveles”, aborda un problema fundamental en los sistemas eléctricos modernos: la calidad de la energía y el manejo de la potencia reactiva.

De acuerdo al Ing. Paredes, el estudio analiza dos tipos de convertidores multinivel —de tres niveles (3L-NPC) y de cinco niveles (5L-NPC)— que se emplean para compensar la potencia reactiva en redes eléctricas. “Este tipo de compensación permite reducir pérdidas, mejorar el perfil de voltaje y mantener un factor de potencia adecuado, aspectos necesarios para el funcionamiento estable de sistemas eléctricos industriales y de redes de energía distribuida”, detalló.

Según se describe en la publicación, el equipo comparó directamente ambas topologías bajo las mismas condiciones de operación, utilizando una estrategia de control predictivo de corriente. Además, el análisis incluyó tanto simulaciones como la validación experimental con un prototipo real de convertidor de tres niveles desarrollado en los laboratorios de la FIUNA.

Resultados de la investigación

El artículo señala que los resultados evidencian diferencias claras entre ambas configuraciones. Es decir, el convertidor de cinco niveles logra una menor distorsión armónica en la corriente —3,36% en simulación— frente al 7,84% del convertidor de tres niveles. Esta reducción permite cumplir con estándares internacionales de calidad de la energía, mientras que el sistema de tres
niveles evidencia el impacto de condiciones reales de operación, como retardos en la conmutación o ruido en los sensores.

Por otro lado, el trabajo también pone en discusión el equilibrio entre el desempeño y la complejidad. Mientras la topología de cinco niveles ofrece una mejor calidad de la energía, requiere un mayor número de estados de conmutación y, por lo tanto, un diseño más complejo. En ese sentido, el estudio aporta criterios cuantitativos que pueden orientar la selección de tecnologías
para sistemas de compensación conectados a la red.

Otro aspecto relevante es la validación experimental realizada en la FIUNA. En ese sentido, el prototipo permitió comprobar el comportamiento del sistema en condiciones reales, incluyendo factores que no siempre se contemplan en la simulación, como pérdidas, retrasos electrónicos y efectos térmicos. Según el autor, esta comparación permitió medir las diferencias entre el modelo teórico y su implementación práctica, lo cual resulta útil para aplicaciones industriales.

Cabe destacar que el artículo reúne a un equipo de autores integrado por:

• CITHED-FIUNA: Oscar Paredes, Julio Pacher, Alfredo Renault, Jorge Esteban Rodas Benítez, Leonardo Comparatore, Carlos David Paredes, Paola Maidana, Christian Medina, Hernán Lezcano, Marcos Gómez, Marco Rivera.
• Universidad de Nottingham: Marco Rivera y Patrick Wheeler.

La publicación está disponible para lectura y descarga en el siguiente enlace: https://www.mdpi.com/2076-3417/16/13/6331