Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica. Ingeniero Civil Eléctrico / El desarrollo y evolución de inversores ha aumentado en los últimos años debido a la gran cantidad de aplicaciones que incluyen estos dispositivos, entre ellas se cuenta la conversión de la energía, tracción eléctrica, máquinas y generación distribuida. Además, el control de estos dispositivos ha sido un tema muy estudiado, ya que se requiere convertir la energía eficientemente para aprovechar al máximo la generación de esta. El control predictivo basado en modelos (MPC) es una estrategia prometedora para el control de inversores, la cual tiene como característica el uso de modelos matemáticos del sistema para predecir comportamientos futuros y seleccionar acciones de control apropiadas. Dentro de las ventajas de MPC es que se pueden controlar varias variables con una sola ley de control. Esto puede lograrse mediante la introducción de los objetivos de control en la función de costo. Cada término adicional en la función tiene un factor de ponderación específico. Estos parámetros tienen que ser diseñado correctamente con el fin de lograr el rendimiento deseado, ya que la mala elección de estos puede provocar la inestabilidad del sistema. El primer objetivo de esta tesis es el diseño de una estrategia de control predictivo multi-objetivo para inversores, con el fin de evitar la selección de los ponderadores dentro de la función de costo de MPC. Esto se realizó para los métodos de control predictivo de estado finito (FCS-MPC) y control predictivo modulado (M2PC). Para obtener la solución del problema se encuentra la frontera óptima de Pareto, evaluando todos los estados de conmutación factibles, aprovechando la naturaleza discreta del inversor. Luego la acción de control se escoge mediante el algoritmo e-constraint. Como resultado se obtuvo que no fue necesario la elección de pesos, ya que con esta formulación la solución del problema se puede escoger flexiblemente y a criterio del diseñador, no obstante se debe seleccionar un parámetro e, el cual tiene relación directa con el rendimiento. Finalmente el criterio del diseñador es más fácil de elegir que el peso. Asimismo, la propuesta multi-objetivo presenta todas las características de MPC, por ejemplo, compensación de retardos, fácil inclusión de no linealidades y restricciones, entre otras. El segundo objetivo corresponde al diseño de un método para la sintonización de MPC. Como la frontera de Pareto es difícil de obtener en tiempo real, se busca emular el comportamiento del problema multi-objetivo (MO-MPC) en FCS-MPC. Para ello se genera un simulador de la planta real con tal de obtener la respuesta del sistema. Basado en la frontera de Pareto dinámica, es posible estimar un ponderador lambda(k), que conecte FCS-MPC con MO-MPC en el instante k (J=J_1+\lambda(k) J_2). Con ello se utiliza una función de lambda(k) en vez de un valor fijo en la función de costo. Se comprobó que esta forma de sintonización logra emular el comportamiento de MO-MPC, y es capaz de adaptarse a distintas condiciones del sistema, dado el modelo dinámico del ponderador. Para validar las propuestas de esta tesis se utilizó la topología de un filtro activo de potencia en paralelo (SAPF). Se observó que este sistema es capaz de compensar reactivos, armónicos y desbalances indistintamente de la carga no lineal utilizada. Por último, se realizó una implementación experimental para validar la propuesta multi-objetivo para M2PC. Se utilizaron diversas condiciones en la frontera de Pareto, obteniéndose que el criterio con mejores resultados es escoger la acción de control más cercana al origen dentro de la frontera, debido a que se minimizan todos los objetivos al mismo tiempo, con igual importancia.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / El presente proyecto de tesis se centra en la implementación de un filtro activo con el objeto de solucionar algunos de los problemas asociados a la calidad de la energía en un sistema eléctrico trifásico con neutro o red trifásica de 4-hilos. En este tipo de sistemas se conectan típicamente cargas no-lineales, desbalanceadas e incluso monofásicas, produciéndose desbalances y distorsión armónica en las señales. Estas cargas son habituales en sistemas de baja tensión, donde ha aumentado el uso de electrodomésticos y otros sistemas electrónicos que pueden generar armónicos. Al existir desbalances y distorsión, se producen torques pulsantes en las máquinas, mayores pérdidas en los transformadores, problemas en los sistemas de iluminación, etc. Por estos motivos se deben utilizar filtros y compensadores que permitan la correcta operación del sistema de distribución. En esta tesis se propone el uso de filtros activos basados en electrónica de potencia. Para compensar el desbalance y distorsión se busca implementar filtros activos de conexión paralela a la red, compensando corrientes armónicas y de secuencia negativa definida por una carga no-lineal y/o desbalanceada. Para esto se realiza el control mediante la plataforma dSPACE DS1103 de un conversor trifásico 2L-VSC (2 Level-Voltage Source Converter, del inglés) y 4-piernas operando en modo corriente, con lo cual se compensan los armónicos y desbalances en la corriente desde el punto de vista de la red. Las corrientes de referencias para el sistema de control son obtenidas mediante la novedosa teoría de la potencia conservativa o CPT (Conservative Power Theory, del inglés) considerando las condiciones de operación de una microrred ubicada en una comunidad en el norte de Canadá. Además, se obtienen algunos resultados mediante la clásica teoría de las potencias instantáneas o p-q. Por otra parte, en una microrred pueden aparecer variaciones considerables en la frecuencia eléctrica, debido a la intermitencia de las fuentes de energía y a las estrategias de control droop que se utilizan para compartir carga entre las unidades de generación. Por ello, en este trabajo de investigación se implementa un sistema de controladores resonantes de forma auto-sintonizante de acuerdo a la frecuencia de operación y considerando todas las componentes de secuencia. Se identifican al menos tres aportes en este trabajo de tesis. El primero es la implementación de un filtro activo operando sobre una red de 4-hilos, estas redes son de interés en la operación de microrredes y redes débiles. La implementación también será la base para futuras investigaciones como, por ejemplo, el estudio de nuevas estrategias de control predictivo en filtros activos. El segundo aporte se refiere a la programación del controlador dSPACE DS1103 para el control de un conversor 2L-VSC y 4-piernas. La tercera y más relevante contribución es la aplicación del algoritmo CPT a un filtro activo de 4-piernas considerando variación de frecuencia en el sistema de distribución. Y más aun considerando el control de las componentes de corriente de secuencia positiva, negativa y cero.

Esta tesis doctoral trata acerca de los sistemas de compensación activos de conexión en paralelo utilizados para la mejora de la calidad del suministro eléctrico, y de la eficiencia energética en las redes eléctricas de distribución y en las instalaciones, a cuatro hilos. En la presente tesis se desarrolla un nuevo filtro o compensador activo de potencia con la capacidad de seleccionar los fenómenos a compensar, incluyéndose además algunas propuestas que, aplicadas a estos sistemas de compensación, permiten mejorar las prestaciones finales obtenidas. Se presentan las estrategias de compensación global más utilizadas en compensadores activos y se propone un método de compensación global basado en la norma IEEE Std. 1459-2000. Se realiza un estudio comparativo de las diferentes estrategias de compensación global. Para la obtención de un compensador selectivo, se proponen dos métodos diferentes para la descomposición de las corrientes de carga y la obtención de las corrientes de compensación. El primer método está basado en la utilización de las conductancias por fase y la conductancia equivalente del sistema trifásico. El segundo se basa en la descomposición de potencias propuesta en la IEEE Std. 1459-2000. Se presenta un análisis de cada uno de los métodos propuestos. Se presenta el análisis del sistema completo para la implementación del compensador selectivo propuesto. El sistema de control incluye, la utilización de la técnica de la ventana deslizante para la obtención de las corrientes de referencia, el desarrollo de un regulador de corriente de bajo coste computacional, el diseño del regulador para el control del bus dc y el desarrollo de un nuevo modulador vectorial tridimensional 3D-3B SVPWM. Finalmente, se presentan los resultados de simulación y experimentales del sistema de compensación diseñado, para diferentes tipos de cargas y condiciones de alimentación. Parte de estos resultados han sido presentados, entre otras, en las siguientes publicaciones: " S. O / Orts Grau, S. (2008). Sistema de compensación mediante filtro activo de potencia con sistema de obtención de las corrientes de referencia selectivo utilizando control 3D-3B SVPWM de la etapa de potencia. Aplicación a sistemas industriales a 4 hilos [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/3797 / Palancia