Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / {El presente proyecto de tesis consiste en la implementación de un Rectificador controlado basado en un Convertidor Multinivel Modular (Modular Multilevel Converter en inglés). Este proyecto se encuentra dentro del marco del proyecto FONDECYT: 1440337 Modular Multilevel Converter Technologies for High Power Drives (Aplicaciones de Convertidores Modulares Multinivel para accionamientos de alta potencia) el cual tiene por objetivo principal el estudio de estrategias de control para Convertidores Multinivel Modulares (comunmente abreviado como MMC o $M^2C$ por sus siglas en inglés) en accionamientos eléctricos, lo cual es un gran desafío ya que contempla la operación de estos en condiciones no usuales, tales como frecuencia variable (incluyendo las bajas) y tensión variable (tanto en los lados de alterna como de continua). La topología propuesta en dicho proyecto es el convertidor M2C back to back, que consiste en la conexión de 2 convertidores modulares por el enlace de continua, dejando los lados de alterna como puertos de entrada y/o salida para la conexión con la máquina y la red. En una etapa anterior ya se implementó el conversor del lado de la máquina, trabajo realizado Mauricio Espinoza en marco de su doctorado y expuesto en n publicaciones. El presente trabajo de tesis pretende aportar con la implementación del convertidor del lado de la red para así completar el convertidor Back to Back. Las primeras publicaciones relacionadas con el MMC realizan un modelado por fase, el cual es más simple e intuitivo, no obstante, conlleva desventajas asociadas como el acople en los lazos de control, que dificulta el diseño de los controladores y afecta a la dinámica del sistema. en los últimos 2 años se han desarrollado modelos desacoplados, los cuales por medio de transformadas permiten obtener 3 subsistemas independientes. Una característica del modelamiento transformado es que permite plantear distintas estrategias de control, dependiendo de cuales flujos de potencia se utilizan para balancear la energía entre las ramas del convertidor. Si bien algunas estrategias ya están planteadas, han sido aplicadas en distintas condiciones por lo que no se pueden comparar sus resultados. Todas las estrategias obtenidas se deducen de la linealización del modelo del convertidor, por lo que asumen pequeñas desviaciones en torno a un punto de operación. El principal problema de esto es que al encenderse el convertidor los voltajes en condensadores son igual a cero, por lo que debe realizarse un proceso de precarga para llevar los voltajes al punto de operación. Si bien la estrategia más popular y simple publicada es la precarga natural, esta no puede ser utilizada en este proyecto ya que por seguridad la lógica de los submódulos se encarga de negar las acciones de control entre los semiconductores, también se descartan los métodos que incluyen electrónica adicional en los módulos, dejando la opción de estudio entre las estrategias de selección y precarga controlada para este trabajo. Los aportes realizados por este trabajo son los siguientes: primero es la construcción y puesta en marcha del rectificador MMC ocupando modulación PS-PWM, el cual posteriormente servirá para futuros trabajos, tanto solo como en conexión Back to Back, el segundo aporte es la implementación y validación experimental de las posibles estrategias de control lineal en el convertidor, junto con el análisis de sus ventajas y desventajas en operación de rectificador.

Tesis para optar al grado de Doctor en Ingeniería Eléctrica en cotutela con la Universidad de Nottingham, U.K. / En los últimos años, el interés por la protección del medio ambiente y la sostenibilidad energética ha aumentado de manera constante; este hecho ha promovido actividades de investigación y proyectos centrados en fuentes de energía renovable no convencional (ERNC) como reemplazo de los combustibles fósiles. En este contexto, las tecnologías basadas en ERNC ofrecen una solución para integrar recursos energéticos distribuidos donde se ha introducido el concepto Microred (MR) para facilitar la integración de un gran número de microgeneradores, unidades de almacenamiento de energía y cargas. Esta integración se logra utilizando convertidores basados en electrónica de potencia, y por lo tanto, hay un aumento en estos dispositivos en los sistemas modernos de energía eléctrica. La proliferación de convertidores de potencia afectará inevitablemente tanto la calidad de la energía como la estabilidad de los sistemas eléctricos que tienen interfaces basadas en estos dispositivos. En este contexto, dos cuestiones clave que deben abordarse son las siguientes: (i) los desequilibrios y armónicos inherentemente presentes en la MR debido a la naturaleza aleatoria de las cargas y (ii) dado que las microredes son sistemas débiles, la estabilidad entre el convertidor de potencia y el punto de acoplamiento común (PCC). Estas dos cuestiones críticas en microredes se estudian en esta tesis. El primero se analiza considerando sistemas de 4 hilos mientras que el último se estudia considerando un sistema balanceado de 3 hilos. Para gestionar los problemas de desequilibrio y armónicos en microredes de 4 hilos, se proponen dos enfoques. Primero, se propone una metodología novedosa basada en la aplicación de un filtro de potencia activa (APF, por sus siglas en inglés) de 4 hilos. El control del compensador se basa en la Teoría de la Potencia Conservativa (CPT). En el segundo enfoque, se propone un esquema de control cooperativo basado en la CPT para compartir desequilibrios y armónicos en sistemas trifásicos de cuatro hilos controlados mediante control droop. El comportamiento de los dos esquemas de control propuestos se demuestra mediante el uso de prototipos y utilizando las condiciones de operacion una microred real ubicada en Canadá. Para estudiar cómo la naturaleza débil de las MG afecta la estabilidad de la interfaz entre un convertidor y el PCC, se ha realizado un análisis de estabilidad centrado en el bucle de bloqueo de fase (PLL, por sus siglas en inglés), basado en una modelacion del sistema en coordenadas dq. El sistema estudiado corresponde a un convertidor de 3 hilos conectado a una red débil trifásica equilibrada. El rendimiento de este método se valida mediante la simulación con el software Plexim PLECS y se realiza una validación experimental.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Eléctrico / Debido al contexto geopolítico y medioambiental, tanto nacional como internacional, ha surgido un nuevo impulso en minimizar el uso de hidrocarburos como fuente de generación eléctrica y de transporte. Esta preocupación ha incentivado el uso de las energías renovables no convencionales (ERNC) que utilizan como fuente los llamados 'recursos limpios' como el sol, el viento y los ríos, entre otros. Este tipo de tecnologías se utilizan en grandes proyectos eléctricos a nivel industrial, en redes de distribución como 'generación distribuida' o en sistemas inteligentes como las 'micro redes'. El uso de ERNC introduce problemas que no presentan las redes eléctricas con infraestructura convencional, esto se debe a la intermitencia y disponibilidad esporádica de las energías renovables no convencionales. Esto puede generar problemas en la estabilidad del sistema, su confiabilidad y la calidad de suministro de la electricidad. Estos problemas pueden ser solucionados introduciendo sistemas de almacenamiento de energía que respaldan la potencia entregada por la generación intermitente, lo que les da la capacidad mejorar la estabilidad del sistema y la calidad de la potencia que se entrega al consumidor final. En este contexto, el presente trabajo tiene como objetivo diseñar e implementar un sistema de control para los sistemas de almacenamiento con baterías mediante el uso de un conversor de potencia trifásico de tres piernas diseñado para operar en redes de baja tensión. El sistema de control debe permitir al conversor trabajar en modo de operación aislado o conectado a la red. La fuente de alimentación de energía o sistema de almacenamiento corresponderá a un banco de baterías el cual cuenta con las opciones de almacenar o generar electricidad. El objetivo del prototipo final estará orientado al uso en los laboratorios eléctricos de la Universidad. Este trabajo incluye una revisión bibliográfica de las micro redes, electrónica de potencia de conversores y baterías, sistemas de almacenamiento existentes, filtros pasivos como técnicas de reducción de armónicos y sistemas de control de conversores. Además se realizan dos tareas importantes, la primera es el diseño y simulación de una estrategia de control para convertidores formadores de red con control Droop y la segunda, es la implementación del esquema de control diseñado en una aplicación real de una micro red en el laboratorio de redes inteligentes de la Universidad de Chile.