This thesis is mainly devoted to the investigation of speed control methods for three phase cage induction motors with particular emphasis being given to Direct Torque Control (DTC) improved techniques.Classical Direct Torque Control has inherent disadvantages such as: problems during starting resulting from the null states, the compulsory requirement of torque and flux estimators, and torque ripple. In the classical DTC induction motor drive a voltage vector is applied for the entire period, and this causes the stator current and electromagnetic torque exceeds its reference value early during the cycle, causing a high torque ripple. Switching cycles then follows this, in which the zero switching vectors are applied in order to reduce the electromagnetic torque to reference value. This thesis suggests a technique based on applying to the inverter the selected active states just enough time to achieve the torque and flux references values. The rest of the switching period a null state is selected which won't almost change both the torque and the flux. Therefore, a duty ratio has to be determined each switching time. By means of varying the duty ratio between its extreme values (0 up to 1) it is possible to apply any voltage to the motor. The optimum duty ratio per sampling period is a non-linear function of the electromagnetic torque error, the stator flux position and the working point, which is determined by the motor speed and the electromagnetic torque. It is obvious that it is extremely difficult to model such an expression since it is a different non-linear function per working point. Therefore, this thesis is focused on performing a fuzzy-logic-based duty-ratio controller, where the optimum duty ratio is determined every switching period. Additionally, this Fuzzy Controller is adaptive and may be applied to any induction motor.A stator flux reference optimum controller is also designed, which not only helps to achieve a smaller torque ripple, but also reduces the reactive power consumption of the drive taken from the main supply. This is achieved by changing the stator flux reference value with reference being made to the correspondent torque reference value. Therefore, the stator flux reference value chosen is to be just of sufficient value to produce the desired torque Simulated results are shown in order to compare the classical DTC and the Fuzzy Logic based DTC.The control algorithms have been implemented on a PC/DSP based board that facilitates the use of parallelism in software design. A 1.5kW, three-phase induction motor drive has been designed and experimental data obtained from it in order to verify the results achieved by simulation.

Las nuevas tendencias globalizadoras de la economia y la apertura a nivel internacional de numerosos países en el mundo con la formación de grandes bloques, como por ejemplo, la Unión Europea han propiciado la aparición de una nueva generación de sistemas de comunicación móvil que integra los operadores de diferentes países y que permite el uso de satélites para una mayor cobertura mundial. Este tipo de comunicaciones, basadas en sistemas móviles de tercera generación permitirán en el futuro dar soporte a abonados para realizar cualquier tipo de comunicación sin restricciones en el área de servicio, la forma, ni instante de tiempo elegido. Estos sistemas, se denominan Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) y Future Public Land Mobile Telecommunication System (FPLMTS) y tienen prevista su entrada en funcionamiento a partir del año 2000. En este tipo de entornos se plantea el estudio del handover como uno de los procedimientos de movilidad con requerimientos de prestaciones más fuertes. Se especifica sobre diversas clases de celdas (macroceldas, microceldas y picoceldas) y sobre diferentes tipos de dominios de gestión y seguridad en los que está estructurado el sistema UMTS. Como consecuencia del análisis de requerimientos de esta nueva red, se propone una gestión inteligente del handover. Para ello, y en base a determinados parámetros de la red y a mediciones realizadas en el radioenlace, se evalua un algoritmo de selección de la celda más óptima. Entre los parámetros y mediciones considerados directamente relacionados con la gestión de tráfico en la red, se encuentran la probabilidad de bloqueo en el handover y en el establecimiento de una llamada. Entre las mediciones realizadas a partir del radioenlace a tener en cuenta por el terminal móvil, se encuentra el nivel de señal, calidad en la transmisión ( por efecto de atenuaciones, desvanecimientos, etc ).Otros parámetros a considerar se refieren a la movilidad del terminal móvil (tales como velocidad, distancia del terminal móvil a cada una de las estaciones base, tiempo de duración de la llamada, etc). Éstos estarán relacionados con el período de obtención de las muestras y/o parámetros, necesarios para la evaluación del algoritmo propuesto.El algoritmo de handover descrito se aplica a un escenario formado con clusters de microceldas integrados en celdas mayores denominadas macroceldas paraguas. Se utilizan canales prioritarios en las microceldas, con asignación de buffers para procesar determinado tipo de peticiones cuando exista un elevado índice de congestión. Además se utilizan las celdas paraguas para procesar el tráfico de desbordamiento de las microceldas.Como resultado, se plantea una función que permite determinar óptimamente una serie de celdas candidatas en la fase de decisión de entre las celdas monitorizadas por el terminal móvil a las que puede invocarse un handover. Se plantea la función para diversos escenarios de redes posibles constatando un resultado óptimo tanto para las prestaciones en la ejecución del handover como para su integración en la gestión del sistema. Adicionalmente, y a modo de aplicación, se estudia el handover desde un punto de vista de las implicaciones en seguridad que plantea. Ya desde los años ochenta, las comunicaciones móviles analógicas tuvieron aplicación en entornos donde se transmitia información sensible (p.e. policia, gobierno, militares...) sin embargo, la red no proporcionaba medidas especiales de seguridad para proteger la información. Hubo que esperar a la entrada de los sistemas digitales de segunda generación a finales de los años ochenta (p.e. GSM ó DECT) para que se adoptaran servicios de protección a la información del usuario.Dada la gran cobertura de estas redes, se requiere de una adecuada arquitectura de seguridad para proteger la información tanto de los usuarios como del mismo sistema. El aspecto más característico y principal foco de amenazas en este tipo de redes es el radioenlace, por ser un medio abierto a cualquier intruso. De los procedimientos de movilidad que afectan al radioenlace, el handover es el que más requerimientos de prestaciones y dificultades plantea para la adecuada provisión de servicios de seguridad al usuario. En general, se exigen retardos muy pequeños para afectar lo menos posible la comunicación entre la estación base y el terminal móvil.Se plantean diversos servicios de seguridad como confidencialidad e integridad de la señalización o de la información de usuario, o bien autentificación y control de acceso en el cambio de dominios con la consiguiente gestión de claves para su integración en el handover. Por tanto, se pueden plantear handovers con distintos grados de seguridad, entre entornos con distintas celdas dentro de una misma entidad de control o bien entre dominios de seguridad y/o entornos administrativos distintos. Dentro del handover, se hace énfasis en dos fases, decisión y ejecución. Se propone un algoritmo de decisión inteligente que integra una gestión de claves (clave pública de la nueva estación base, NBTS) y que permite la confidencialidad e integridad, mediante algoritmos de clave pública, de la información de señalización a partir de ese instante de tiempo. En la tesis, se parte del trabajo que se ha realizado previamente dentro de proyectos europeos como MONET y ATDMA del RACE. Se ha trabajado en los requerimientos que debía satisfacer UMTS, se han especificado una serie de amenazas al sistema y se han planteado unos servicios que lo protegen de los riesgos detectados en seguridad.El estudio de los mecanismos disponibles para la puesta en funcionamiento de los servicios de seguridad propició el desarrollo de una arquitectura de seguridad basada en el uso de algoritmos de clave pública y de certificados, inspirada en la recomendación X.509. La propuesta surge debido a la similitud de funcionamiento y distribución de las bases de datos en la red fija UMTS y la especificada por X.500. Después de un pormenorizado análisis de funciones y protocolos, se propone el uso de los certificados y algoritmos de clave pública para la protección de la señalización en la red de acceso a UMTS. Para su validación, se analiza el procedimiento más representativo y más crítico en cuanto a prestaciones, el handover.En la fase de ejecución, se distribuye la clave pública del terminal, así como las claves secretas para la confidencialidad e integridad de información de usuario (uso de algoritmo de clave secreta). En el caso de cambios de dominios de seguridad y/o red, la política de seguridad del operador de red decide sobre la necesidad de invocación de autentificación y control de acceso.Como resultado, se han planteado protocolos de ejecución en el handover, se han configurado unos modelos y hecho simulaciones donde se han evaluado los diferentes tipos de protocolos sobre redes avanzadas de comunicaciones móviles en entornos de macroceldas y microceldas. Dada una arquitectura UMTS con unos determinados requerimientos de prestaciones en el handover, se ha analizado una variante de protocolo de ejecución de handover con la gestión de claves adecuada para proporcionar los servicios de confidencialidad e integridad de información de usuario así como las necesidades de autentificación según el cambio de entidades y entornos efectuado. Se analizan prestaciones relacionadas con el retardo (debido a diversas causas: tráfico, bit-rate del radioenlace, velocidad de procesado en el cifrado (descifrado), longitud de paquetes, etc ) de los protocolos mediante programas constatando que se cumplen los requerimientos especificados por el sistema UMTS. Se observa, sin embargo, que la mayor dificultad estriba en los handover entre picoceldas, por ser entornos de reducidas dimensiones y con mayor densidad de usuarios llamantes. Por tanto, se constata la necesidad de diseñar una arquitectura con enlaces mucho más rápidos entre estaciones base para soportar las grandes cantidades de información de señalización con los retardos especificados para picoceldas. Después de un detallado estudio comparativo sobre una arquitectura de bases de datos distribuida, se ha escogido una arquitectura de seguridad basada en X.509. Se utilizan certificados para la gestión de claves y el uso de algoritmos criptográficos de clave pública (como RSA) para confidencialidad e integridad de la información de señalización. La confidencialidad e integridad de la información de usuario se realiza con algoritmos de flujo de clave secreta dado el elevado bit - rate ( < 2 Mbps ) especificado en UMTS.Los programas se han realizado tomando como base el uso del algoritmo RSA con la posibilidad de trabajar a 64 Kbps. Se han estudiado diferentes velocidades de cifrado así como la posibilidad de uso de otros tipos de firmas digitales. Se observa que uno de los principales inconvenientes del uso de certificados en la gestión de claves en el handover es la longitud de éstos. Dado que el bit - rate sobre el radioenlace es limitado, el retardo en el envío de estos certificados puede llegar a ser excesivo para los requerimientos de calidad de servicio exigidos. Por ello se ha empezado a plantear el uso de curvas elípticas para la realización de las firmas digitales en los certificados por requerir claves con menos bits si bien esta evolución no se contempla en la presente tesis.

1.1 Objectius de la tesi.En els últims anys el control del parell i de la velocitat del motor d'inducció ha estat llargament estudiat. Un cop s'ha considerat que les prestacions dinàmiques assolibles eren ja suficientment satisfactòries, els diferents investigadors han reorientat els seus esforços cap a altres enfocs relacionats, ja no únicament amb el MI estrictament parlant, sinó amb tot el sistema que constitueix l'accionament amb si mateix.L'objectiu principal d'aquesta tesi és posar en evidència, l'existència d'unes idealitzacions i limitacions dels controls tradicionals de parell i velocitat del motor d'inducció (bàsicament del Control Vectorial i del DTC), així com a proposar mètodes i algorismes alternatius que superin a les mateixes.1.2 Estructura i contingutEl Capítol 1 conté una introducció al treball.El segon capítol Modelització del motor d'inducció, presenta les principals tècniques i equacions, que porten a descriure d'una forma dinàmica al MI.El tercer capítol, Control de parell i velocitat del MI, es descriuen els Control Vectorial i el Control Directe de Parell (DTC), ja que són els més estudiats en la literatura.El quart capítol, Estudi dels bucles de corrent, tracta més en profunditat una de les limitacions que presenta el Control Vectorial, l'estudi de les interaccions que hi ha entre els dos llaços de regulació de les intensitats de l'estator (la seva component directa i en quadratura).En el cinquè capítol, OSVPWM (Optimized Space Vector PWM), es presenta un estudi detallat dels diferents mètodes d'ondulació (DC/AC) que existeixen. D'entre tots aquests, s'estudia amb molt més deteniment el Space Vector PWM (SVPWM), aportant un nou algorisme d'implementació del mateix (optimitzat per DSP's), així com posant en evidència la negativa influència dels temps morts sobre el mateix.El sisè capítol presenta l'ODTC (Optimized Direct Torque Control), com a resum de tots els capítols anteriors.1.3 Aportacions d'aquesta tesi.En la modelització matemàtica del Motor d'Inducció, s'ha arribat a la formulació d'una equació genèrica, que engloba totes les possibles referències, i totes les definicions d'intensitats magnetitzants.En l'estudi del DTC s'ha presentat una nova taula de commutació, que permet disminuir l'excessiu arrissat de parell que presenta la taula de commutació tradicional.En l'estudi del SVPWM s'ha presentat una nova formulació molt més apta per a la seva implementació en DSP (Digital Signal Processor). Igualment, s'ha posat en evidència la important influència dels temps morts dels interruptors, en la THD (Tasa de Distorsió Harmònica) de l'ona de tensió de sortida de l'ondulador proposant un algorisme de compensació (OSVPWM).S'ha proposat un nou algorisme de control del parell del MI, incorporant les prestacions del DTC en règim transitori (ràpida resposta del parell), i les prestacions del Control Vectorial en règim permanent (petit arrissat de parell), amb la incorporació de l'OSVPWM com a estratègia de modulació.Finalment destacar, l'aportació d'un equip experimental basat en DSP, de disseny molt versàtil i robust, i que incorpora tota una sèrie d'eines de desenvolupament que el fan molt útil per a l'experimentació de noves lleis de control, referides principalment al motor d'inducció, però que també s'ha demostrat eficient alhora de treballar amb altres plantes com és el cas dels SAI's (Sistemes d'Alimentació Ininterrompuda).1.4 Futures línies de recerca.Seguir treballant en l'estudi del OSVPM, però en el cas de la sobremodulació, és a dir, quan la tensió de consigna superi o surti fora dels rangs d'aplicabilitat del mateix.Amb l'obtenció de l'equació que ens permet estimar l'arrissat màxim de parell, associat al conjunt motor-ondulador, estudiar el disseny de controladors per histèresi de banda d'histèresi variable (funció de l'estat de l'accionament).Finalment destacar, que amb el constant augment de la potència de càlcul dels DSP, les possibilitats de noves lleis de control del MI ("fuzzy logic" i "passivity control") són cada dia més possibles, i per tant s'han convertit en una línia de treball molt interessant.

La calidad de energía eléctrica incluye la calidad del suministro y la calidad de la atención al cliente. La calidad del suministro a su vez se considera que la conforman dos partes, la forma de onda y la continuidad. En esta tesis se aborda la continuidad del suministro a través de la localización de faltas. Este problema se encuentra relativamente resuelto en los sistemas de transmisión, donde por las características homogéneas de la línea, la medición en ambos terminales y la disponibilidad de diversos equipos, se puede localizar el sitio de falta con una precisión relativamente alta. En sistemas de distribución, sin embargo, la localización de faltas es un problema complejo y aún no resuelto. La complejidad es debida principalmente a la presencia de conductores no homogéneos, cargas intermedias, derivaciones laterales y desbalances en el sistema y la carga. Además, normalmente, en estos sistemas sólo se cuenta con medidas en la subestación, y un modelo simplificado del circuito. Los principales esfuerzos en la localización han estado orientados al desarrollo de métodos que utilicen el fundamental de la tensión y de la corriente en la subestación, para estimar la reactancia hasta la falta. Como la obtención de la reactancia permite cuantificar la distancia al sitio de falta a partir del uso del modelo, el Método se considera Basado en el Modelo (MBM). Sin embargo, algunas de sus desventajas están asociadas a la necesidad de un buen modelo del sistema y a la posibilidad de localizar varios sitios donde puede haber ocurrido la falta, esto es, se puede presentar múltiple estimación del sitio de falta.Como aporte, en esta tesis se presenta un análisis y prueba comparativa entre varios de los MBM frecuentemente referenciados. Adicionalmente se complementa la solución con métodos que utilizan otro tipo de información, como la obtenida de las bases históricas de faltas con registros de tensión y corriente medidos en la subestación (no se limita solamente al fundamental). Como herramienta de extracción de información de estos registros, se utilizan y prueban dos técnicas de clasificación (LAMDA y SVM). Éstas relacionan las características obtenidas de la señal, con la zona bajo falta y se denominan en este documento como Métodos de Clasificación Basados en el Conocimiento (MCBC). La información que usan los MCBC se obtiene de los registros de tensión y de corriente medidos en la subestación de distribución, antes, durante y después de la falta. Los registros se procesan para obtener los siguientes descriptores: a) la magnitud de la variación de tensión ( dV ), b) la variación de la magnitud de corriente ( dI ), c) la variación de la potencia ( dS ), d) la reactancia de falta ( Xf ), e) la frecuencia del transitorio ( f ), y f) el valor propio máximo de la matriz de correlación de corrientes (Sv), cada uno de los cuales ha sido seleccionado por facilitar la localización de la falta. A partir de estos descriptores, se proponen diferentes conjuntos de entrenamiento y validación de los MCBC, y mediante una metodología que muestra la posibilidad de hallar relaciones entre estos conjuntos y las zonas en las cuales se presenta la falta, se seleccionan los de mejor comportamiento.Los resultados de aplicación, demuestran que con la combinación de los MCBC con los MBM, se puede reducir el problema de la múltiple estimación del sitio de falta. El MCBC determina la zona de falta, mientras que el MBM encuentra la distancia desde el punto de medida hasta la falta, la integración en un esquema híbrido toma las mejores características de cada método. En este documento, lo que se conoce como híbrido es la combinación de los MBM y los MCBC, de una forma complementaria. Finalmente y para comprobar los aportes de esta tesis, se propone y prueba un esquema de integración híbrida para localización de faltas en dos sistemas de distribución diferentes. Tanto los métodos que usan los parámetros del sistema y se fundamentan en la estimación de la impedancia (MBM), como aquellos que usan como información los descriptores y se fundamentan en técnicas de clasificación (MCBC), muestran su validez para resolver el problema de localización de faltas. Ambas metodologías propuestas tienen ventajas y desventajas, pero según la teoría de integración de métodos presentada, se alcanza una alta complementariedad, que permite la formulación de híbridos que mejoran los resultados, reduciendo o evitando el problema de la múltiple estimación de la falta. / Power quality includes the supply and customer support quality. The supply quality considers two aspects, the wave shape and continuity. In this thesis the fault location problem, topic related with supply continuity is considered. Fault location is a relatively solved problem in power transmission systems, due to the homogeneous characteristics of the power line, measurements in both terminals and also the availability equipment such as fault locators normally included in distance relays. However, in power distribution systems the fault location is a complex problem which remains unsolved. The complexity is mainly because the presence of laterals, load taps, non homogeneous conductors, unbalances in the system and load. In addition, these power systems only have measurements at the substation and a simplified model of the power network. The main efforts to solve this problem have been oriented to the development of impedance based methods. Because of the reactance estimation makes possible the estimation of the distance to the faulted node by using the circuit model, those methods are considered as Model Based Methods (MBM). However the main drawbacks are related to the requirement of a good system model and to the possibility of multiple estimation of the location of the fault due to the three-shape of such networks. As a result, in this thesis an analysis and a comparative test between several MBM frequently cited is presented. In addition, the solution of the fault location is complemented by using methods which use more than the rms values of current and voltage obtained from fault databases. As tool to relate this information with the fault location, two classification techniques are used and tested (LAMDA and SVM). These relate the voltage and current characteristics to the faulted zone and are denoted in this document as Classification Methods Based on the Knowledge (CMBK).The information used by CMBK is obtained from current and voltage fault registers measured at the distribution substation, before, during and after the fault. These registers are pre-processed to obtain the following characteristics or descriptors: a) The magnitude of the voltage variation between the steady states of fault and pre-fault ( dV ), b) the magnitude of the current variation between the steady states of fault and pre-fault ( dI ), c) the magnitude of the apparent power variation between the steady states of fault and pre-fault ( dS ), d) the magnitude of the reactance as seen from the substation ( Xf ), e) the frequency of the transient caused by the fault ( f ), and f) the maximum eigenvalue of the correlation matrix of the currents ( Sv ). By using these descriptors, several training and validation sets were used with CMBK and by means of a proposed methodology it is shown how to relate these sets with the faulted zone and also to select those which offer the best performances.The application results demonstrate how by combining the MBM with the CMBK it is possible to reduce the multiple estimation of the fault location. The CMBK is used to determine the faulted zone while the MBM finds the distance from the measurement point to the faulted node. Thus the integration in a hybrid approach uses the best characteristics of each method. In this document, the term hybrid is used to describe the complementary combination of MBM and CMBK. Finally and aimed to compare the thesis results, an integration hybrid scheme to fault location is proposed and tested in two different power distribution systems. Both, methods which use the system parameters and are based on the impedance estimation (MBM), and those which use the information represented by the signal descriptors and are based in classification techniques (CMBK) have shown the capability to solve the problem of fault location. The two proposed methodologies have advantages and drawbacks, but according to the integration theory presented, high complementarity has been reached. This makes possible the development of a hybrid approach used to avoid or reduces the multiple estimation of the fault location.

This thesis proposes a framework for identifying the root-cause of a voltage disturbance, as well as, its source location (upstream/downstream) from the monitoring place. The framework works with three-phase voltage and current waveforms collected in radial distribution networks without distributed generation. Real-world and synthetic waveforms are used to test it. The framework involves features that are conceived based on electrical principles, and assuming some hypothesis on the analyzed phenomena. Features considered are based on waveforms and timestamp information. Multivariate analysis of variance and rule induction algorithms are applied to assess the amount of meaningful information explained by each feature, according to the root-cause of the disturbance and its source location. The obtained classification rates show that the proposed framework could be used for automatic diagnosis of voltage disturbances collected in radial distribution networks. Furthermore, the diagnostic results can be subsequently used for supporting power network operation, maintenance and planning. / En esta tesis se propone una metodología para la identificación de la localización relativa (aguas arriba/abajo) y la causa de una perturbación eléctrica. La metodología utiliza las ondas trifásicas de tensión y de corriente registradas en redes de distribución radial sin presencia de generación distribuida. La metodología es validada utilizando perturbaciones eléctricas reales y simuladas. La metodología involucra atributos que han sido concebidos basándose en principios eléctricos e hipótesis de acuerdo a cada uno de los fenómenos eléctricos analizados. Se propusieron atributos tanto basados en la forma de onda como en la fecha de ocurrencia de la perturbación. La cantidad de información contenida y/o explicada por cada atributo es valorada mediante la aplicación del análisis multivariante de la varianza y algoritmos de extracción automática de reglas de decisión. Los resultados de clasificación muestran que la metodología propuesta puede ser utilizada para el diagnóstico automático de perturbaciones eléctricas registradas en redes de distribución radial. Los resultados de diagnóstico pueden ser utilizados para apoyar las tareas de operación, mantenimiento y planeamiento de las redes de distribución.