Doctor en Ingeniería Eléctrica. Doctor of Philosophy in Electrical and Electronic Engineering / La potencia nominal de los Sistemas de Conversión de Energía Eólica se ha incrementado constantemente alcanzando niveles de potencia cercanos a los 10 MW. Por tanto, convertidores de potencia de media tensión están reemplazando a los convertidores Back-to-Back de baja tensión habitualmente empleados en la etapa de conversión de energía. Convertidores Modulares Multinivel se han posicionado como una solución atractiva para Sistemas de Conversión de Energía Eólica de alta potencia debido a sus buenas prestaciones. Algunas de estas prestaciones son la capacidad de alcanzar altos voltajes, modularidad y confiabilidad. En este contexto, esta tesis discute la aplicación del Convertidor Modular Matricial Multinivel para conectar Sistemas de Conversión de Energía Eólica de alta potencia. Los modelos matemáticos y estrategias de control requeridas para esta aplicación son descritos y discutidos en este documento. Las estrategias de control propuestas habilitan una operación desacoplada del convertidor, proporcionando seguimiento del máximo punto de potencia en el lado del generador eléctrico del sistema eólico, cumplimiento de normas de conexión en el lado de la red eléctrica y regulación de los condensadores flotantes del convertidor. La efectividad de las estrategias de control propuestas es validada a través de simulaciones y experimentos realizados con un prototipo de laboratorio. Las simulaciones se realizan con un Sistemas de Conversión de Energía Eólica de 10 MW operando a 6.6 kV. Dicho sistema se implementa en el software PLECS. Por otro, se ha desarrollado un prototipo de laboratorio de 6kVA durante el desarrollo de este proyecto. El prototipo de laboratorio considera un Convertidor Modular Matricial Multinivel de 27 módulos Puente-H . El sistema es controlado empleando una plataforma de control basada en una Digital Signal Processor conectada a tres tarjetas del tipo Field Programmable Gate Array que proveen de 50 mediciones análogo-digital y 108 señales de disparo. La entrada del convertidor es conectada a una fuente programable marca Ametek que emula el comportamiento de la turbina eólica. A su vez, la salida del convertidor es conectada a otra fuente programable con capacidad de producir fallas en la tensión. Los resultados obtenidos, tanto en el prototipo experimental como en simulación, confirman la operación exitosa del Convertidor Modular Matricial Multinivel en aplicaciones eólicas de alta potencia. En todos los casos, las estrategias de control propuestas aseguran regulación de la tensión en los condensadores flotantes, seguimiento del máximo punto de potencia en el lado del generador eléctrico del sistema eólico y cumplimiento de normas de conexión en el lado de la red eléctrica. / The nominal power of single Wind Energy Conversion Systems has been steadily growing, reaching power ratings close to 10MW. In the power conversion stage, medium-voltage power converters are replacing the conventional low-voltage back-to-back topology. Modular Multilevel Converters have appeared as a promising solution for Multi-MW WECSs due to their characteristics such as modularity, reliability and the capability to reach high nominal voltages. Thereby, this thesis discusses the application of the Modular Multilevel Matrix Converter (\mc) to drive Multi-MW Wind Energy Conversion Systems (WECSs). The modelling and control systems required for this application are extensively analysed and discussed in this document. The proposed control strategies enable decoupled operation of the converter, providing maximum power point tracking capability at the generator-side, grid-code compliance and Low Voltage Ride Through Control at the grid-side and good steady state and dynamic performance for balancing the capacitor voltages of the converter.\\ The effectiveness of the proposed control strategies is validated through simulations and experimental results. Simulation results are obtained with a 10MW, 6.6 kVM3C based WECS model developed in PLECS software. Additionally, a 5 kVA downscale prototype has been designed and constructed during this Ph.D. The downscale prototype is composed of 27 H-Bridges power cells. The system is controlled using a Digital Signal Processor connected to three Field Programmable Gate Array which are equipped with 50 analogue-digital channels and 108 gate drive signals. Two programmable AMETEK power supplies emulate the electrical grid and the generator. The wind turbine dynamics is programmed in the generator-side power supply to emulate a generator operating in variable speed/voltage mode. The output port of the M3C is connected to another power source which can generate programmable grid sag-swell conditions. Simulation and experimental results for variable-speed operation, grid-code compliance, and capacitor voltage regulation have confirmed the successful operation of the \mc{} based WECSs. In all the experiments, the proposed control systems ensure proper capacitor voltage balancing, keeping the flying capacitor voltages bounded and with low ripple. Additionally, the performance of the generator-side and grid-side control system have been validated for Maximum Power Point Tracking and Low-Voltage Ride Through, respectively.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / Las micro redes (MR o μG) se constituyen como una solución para la electrificación mediante el aprovechamiento de los recursos energéticos renovables locales, tanto en zonas remotas como en sistemas interconectados. Sin embargo, en zonas aisladas el uso de combustibles fósil para el transporte local prevalece como un desafío a su suministro energético. Ante esta problemática, los vehículos eléctricos (VE) se perfilan como una solución en la medida que tengan la capacidad de operar coordinadamente con una MR existente en la localidad. En esta tesis se diseña, construye y valida en laboratorio un conversor de potencia que permite el intercambio de energía entre una fuente DC y una máquina de inducción trifásica o una MR aislada, con el objetivo de materializar el concepto de V2μG (del inglés Vehicle to Micro-Grid). Se propone la utilización de un inversor trifásico, tetrapolar y multifuncional, cuyo sistema eléctrico permite dos modos de operación: el modo VE, diseñado para manipular el torque del motor de inducción trifásico del vehículo, basado en la estrategia IFOC (del inglés Indirect Field Oriented Control); y el modo V2μG, que mediante estrategias de control basadas en Acondicionadores de Potencia tipo Filtro Activo permite su integración con la MR a través de los sub-modos IDLE, COMPENSACIÓN DE COMPONENTES DE SECUENCIA CERO (CCS0), COMPENSACIÓN DE COMPONENTES DE SECUENCIA NEGATIVA (CCS-), SUAVIZADOR P-Q (SPQ) y CONTROL DE TENSIÓN BUS DC (CTBDC). Los resultados experimentales de la operación en modo VE muestran que la estrategia IFOC implementada en el conversor funciona correctamente siempre que la medición de velocidad del rotor de la máquina sea suficientemente precisa. En este caso, se observa que la respuesta del sistema ante cambios en la referencia de tipo escalón es menor a 27[ms]. Por otro lado, en el modo V2μG, se comprueba que en el sub-modo IDLE el conversor no inyecta ni absorbe potencia de la red. Se verifica que los otros sub-modos operan correctamente y de forma independiente. Sin embargo, se obtienen mejores resultados al combinar los sub-modos CCS0, CCS- Y CTBDC, logrando reducir el THD y desbalance de corriente aguas arriba al punto de conexión desde 12,5[%] a 4[%] y de 100[%] a menos del 2[%] respectivamente. Al combinar los sub-modos CCS0, CCS-, CTBDC y SPQ se logra suavizar los escalones de potencia activa y reactiva producto de la dinámica del sistema aguas arriba del punto de conexión. Para futuros trabajos se propone implementar una estrategia de carga de baterías, mejorar los controladores de corriente para el modo V2μG, integrar la operación en isla para cargas monofásicas y trifásicas e integrar funciones de control remoto para su operación en redes inteligentes. Finalmente, se plantea agregar la funcionalidad de dar soporte ante fallas en la red.

La presente investigación se trata de un proyecto de inversión privada para la central de energía solar fotovoltaica y su distribución en la ciudad de Chiclayo y distritos, ubicado en la región Lambayeque. El proyecto está realizado para cumplir con la demanda eléctrica insatisfecha por un deficiente abastecimiento de energía eléctrica en el departamento de Lambayeque. En el análisis y evaluación del proyecto, la inversión total determina es de S/61,432,500.00, de la cual S/56,432,500.00 será un aporte de capital propio lo que representa el 92% y lo restante, representando el 8% será financiado por una entidad financiera, equivalente a S/5,000,000.00. Por último, mediante los indicadores financieros del VAN, TIR, entre otros, los resultados obtenidos para poder realizar el proyecto indican que es viable, obteniendo un VAN económico de S/86,407,524.01 y un VAN financiero de S/80,530,294.72 siendo el resultado final superior a cero, lo que indica que el proyecto es totalmente viable.