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Una instalación de generación minieólica aislada permite realizar un suministro energético de baja potencia a partir de la energía capturada del viento, mediante una turbina y un generador eléctrico. Sin embargo, la irregularidad del viento provoca discontinuidad en el servicio e inestabilidad en la energía producida. La integración conjunta de sistemas de generación eólica junto con sistemas de almacenamiento de energía, permite reducir el impacto que causa la variabilidad del viento sobre la continuidad del servicio. El sistema de almacenamiento cede energía cuando el sistema de generación no logra suministrar la demanda de la carga, mientras que cuando la energía generada excede la demanda, el sistema de almacenamiento almacena el excedente. La presente Tesis Doctoral trata acerca de este tipo de sistemas híbridos abordando diferentes aspectos técnicos, con el fin de mejorar las prestaciones de los mismos. Se pretende de esta manera contribuir, mediante el avance de la tecnología aplicada a los sistemas de generación a partir de fuentes renovables, a una mayor proliferación de estos sistemas de generación, lo que a su vez redundará en la reducción del impacto medioambiental que los sistemas de generación de energía a partir de fuentes fósiles producen. El sistema planteado consta de un sistema de almacenamiento dual, basado en la utilización de baterías y supercondensadores. Esta dualidad ofrece la posibilidad conocida de realizar una gestión independiente de las dinámicas rápidas y lentas en el sistema. Pero además permite plantear las diferentes hipótesis de partida de la investigación. Mediante el estudio de las diferentes técnicas de control de los convertidores, se espera contribuir a la mejora de las características eléctricas del sistema, mediante la reducción del rizado del bus de continua. Por otra parte, la capacidad de almacenamiento del sistema permitirá contribuir a la estabilidad del conjunto actuando como elemento regulador de carga, y a la seguridad del aerogenerador, actuando como freno eléctrico en ayuda del breaker del sistema en situaciones de viento turbulento o en fuertes rachas. El sistema propuesto en esta Tesis ha sido validado mediante simulaciones. El emulador de la turbina eólica se comporta de forma cercana a la realidad ya que el modelo de la turbina se ha obtenido a partir de un método experimental aplicado en turbinas reales. Los resultados obtenidos demuestran el buen funcionamiento del sistema desarrollado y contrastan las hipótesis de partida de la investigación. / A standalone small wind turbine installation allows a low power energy supply to be made from the energy captured from the wind, by means of a turbine and an electric generator. However, the irregularity of the wind causes discontinuity in the service and instability in the energy produced. The joint integration of wind generation systems together with energy storage systems reduces the impact of wind variability on the continuity of the service. The storage system yields energy when the generation system fails to supply the demand for the load, while when the generated energy exceeds the demand, the storage system stores the excess. This Doctoral Thesis deals with this type of hybrid systems addressing different technical aspects, in order to improve the performance of them. It is intended in this way to contribute, through the advancement of the technology applied to the generation systems from renewable sources, to a greater proliferation of these generation systems, which in turn will result in the reduction of the environmental impact that the systems of power generation from fossil sources produce. The proposed system consists of a dual storage system, based on the use of batteries and ultracapacitors. This duality offers the known possibility of performing an independent management of the fast and slow dynamics in the system. But it also allows to raise the different starting hypotheses of the investigation. Through the study of the different control techniques of the converters, it is expected to contribute to the improvement of the electrical characteristics of the system, by reducing the DC bus ripple. On the other hand, the storage capacity of the system will contribute to the stability of the assembly acting as a load regulating element, and to the safety of the wind turbine, acting as an electric brake in aid of the system breaker in turbulent wind situations or in strong gusts. The system proposed in this Thesis has been validated through simulations. The wind turbine emulator behaves in a way that is close to reality since the turbine model has been obtained from an experimental method applied to real turbines. The results obtained demonstrate satisfactory performance of the developed system and contrast the starting hypothesis of the investigation. / Una instal·lació de generació minieòlica aïllada permet realitzar un subministrament energètic de baixa potència a partir de l'energia capturada del vent, mitjançant una turbina i un generador elèctric. No obstant això, la irregularitat del vent provoca discontinuïtat en el servei i inestabilitat en l'energia produïda. La integració conjunta de sistemes de generació eòlica juntament amb sistemes d'emmagatzematge d'energia, permet reduir l'impacte que sobre la continuïtat del servei causa la variabilitat del vent. El sistema d'emmagatzematge cedeix energia quan el sistema de generació no aconsegueix subministrar la demanda de la càrrega, mentre que quan l'energia generada excedeix la demanda, el sistema d'emmagatzematge emmagatzema l'excedent. La present tesi doctoral tracta sobre aquest tipus de sistemes híbrids abordant diferents aspectes tècnics, per tal de millorar les prestacions dels mateixos. Es pretén d'aquesta manera contribuir, mitjançant l'avanç de la tecnologia aplicada als sistemes de generació a partir de fonts renovables, a una major proliferació d'aquests sistemes de generació, el que al seu torn redundarà en la reducció de l'impacte mediambiental que els sistemes de generació d'energia a partir de fonts fòssils produeixen. El sistema plantejat consta d'un sistema d'emmagatzematge dual, basat en la utilització de bateries i supercondesadores. Aquesta dualitat ofereix la possibilitat coneguda de realitzar una gestió independent de les dinàmiques ràpides i lentes en el sistema. Però a més permet plantejar les diferents hipòtesis de partida de la investigació. Mitjançant l'estudi de les diferents tècniques de control dels convertidors, s'espera contribuir a la millora de les característiques elèctriques del sistema, mitjançant la reducció de l'arrissat del bus de contínua. D'altra banda, la capacitat d'emmagatzematge del sistema permetrà contribuir a l'estabilitat del conjunt actuant com a element regulador de càrrega, i la seguretat de l'aerogenerador, actuant com a fre elèctric en ajuda del breaker del sistema en situacions de vent turbulent o en fortes ratxes. El sistema proposat en aquesta Tesi ha estat validat mitjançant simulacions. L'emulador de la turbina eòlica es comporta de forma propera a la realitat ja que el model de la turbina s'ha obtingut a partir d'un mètode experimental aplicat en turbines reals. Els resultats obtinguts demostren el bon funcionament del sistema desenvolupat i contrasten les hipòtesis de partida de la investigació. / Twizere Bakunda, JD. (2018). "Aportaciones a la mejora de los sistemas de control electrónico aplicados en la generación minieólica aislada mediante la utilización de técnicas de almacenamiento energético" [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/107330 / TESIS

La tesis se plantea como objetivo principal el estudio y la aplicación de técnicas de corrección de armónicos a sistemas de generación eólica de pequeña potencia, enfocando el problema desde el punto de vista del aerogenerador, esto es, centrando los objetivos en la etapa de entrada del convertidor de potencia utilizado, el cual está constituido por un rectificador trifásico pasivo, un convertidor dc-dc tipo boost y un inversor de conexión a red. Para reducir el factor THDi de las corrientes de salida del aerogenerador (lo que a su vez repercute en menores vibraciones provocadas por armónicos de par) y elevar el factor de potencia del mismo, el convertidor dc-dc opera en conducción discontinua, siguiendo un principio conocido y aplicado a rectificadores trifásicos con corrección del factor de potencia actuando como front-end de sistemas de alimentación con conexión a una red eléctrica de amplitud y frecuencia nominal fijas. La tesis propone como novedad destacada la extensión de este principio a aerogeneradores operando a velocidad variable, de manera que el rectificador trifásico opera con tensiones de amplitud y frecuencia variables en un rango muy extenso. Para operar en conducción discontinua se requiere añadir un filtro LCL resonante en la salida del aerogenerador, por lo que el estudio riguroso de la estabilidad de los controles de corriente utilizados es crítico. Adicionalmente, se tienen en consideración otras cuestiones de relevancia en el contexto estudiado, como son una comparativa de algoritmos estimadores de la velocidad del aerogenerador en condiciones ruidosas de sensado (debido a la conducción discontinua), y el estudio de una estructura de control que permite implementar los algoritmos de búsqueda de la máxima potencia del aerogenerador sin degradar significativamente las prestaciones alcanzadas mediante las técnicas propuestas. Los resultados analíticos han sido validados experimentalmente mediante un prototipo de sistema de generación eólica de 2k / Carranza Castillo, O. (2012). Estudio de técnicas de control de rectificadores Boost Trifásicos con filtro LCL para reducción de la distorsión armónica en corriente, aplicadas al procesado eficiente de energía en aerogeneradores síncronos de imanes permanentes operando a velocidad variable [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/14575 / Palancia

[ES] La presente tesis se enmarca en el campo de la generación de energía eléctrica a partir de fuentes renovables, la mejora de la calidad del suministro eléctrico y de la estabilidad de redes de baja potencia como las micro redes y las redes inteligentes. Estas redes se basan en la integración de generadores distribuidos, entre ellos los basados en sistemas de generación de energía eólica. Dichos sistemas de generación se conectan a la red por medio de convertidores electrónicos con una potencia limitada, esta característica provoca que las redes con alta integración de generadores distribuidos se vean afectadas en mayor medida por problemas de calidad del suministro, debido a su baja corriente de cortocircuito. Con la finalidad de mantener la calidad del suministro eléctrico debe cumplirse que el sistema conste de tensiones senoidales, de frecuencia fundamental y simétricas; y de cargas que consuman corrientes senoidales de frecuencia fundamental, equilibradas y en fase con las tensiones. Cuando alguna de estas condiciones no se cumple, se producen fenómenos que disminuyen la eficiencia del sistema y degradan la calidad del suministro, estos fenómenos pueden ser mitigados mediante el uso de compensadores activos conectados en serie o en paralelo al sistema eléctrico. Los compensadores activos conectados en paralelo generan las corrientes ineficientes demandadas por las cargas, permitiendo que por la red transiten únicamente las corrientes eficientes, mejorando el rendimiento del sistema. Las corrientes que deben ser inyectadas por el convertidor son calculadas a partir de una teoría de la potencia eléctrica que permita una correcta identificación de las componentes ineficientes consumidas por la carga. Una compensación global puede llevarse a cabo siempre que el límite de potencia de los convertidores lo permita, si las ineficiencias son mayores que la capacidad de un convertidor se puede considerar la compensación parcial o bien la compensación selectiva de los fenómenos ineficientes. Los convertidores electrónicos utilizados para la conexión de los generadores distribuidos a la red tienen la misma topología que los compensadores activos, dando paso al desarrollo de sistemas híbridos de generación y compensación. Dada la naturaleza intermitente de las fuentes de energía renovables, los sistemas de generación basados en éstas no hacen uso de la potencia nominal del convertidor en todo momento, por lo que la diferencia entre la potencia activa inyectada y la potencia nominal del convertidor puede ser utilizada para la compensación de ineficiencias. En la presente tesis se plantea el estudio de los sistemas híbridos de generación y compensación basados en sistemas de minieólica, con la finalidad de optimizar el uso de la potencia disponible en el convertidor de conexión a red para ayudar a mejorar la calidad del suministro y la estabilidad del sistema. El sistema propuesto abarca el control del sistema de generación de minieólica, la transferencia de energía a la red y la compensación de ineficiencias, optimizando el aprovechamiento del convertidor de conexión a red. Se propone la utilización de técnicas de control borroso para la búsqueda del punto de máxima potencia del aerogenerador y el control de la tensión del bus DC; así como la aplicación de técnicas de control no lineal para la estimación de la velocidad de giro de la turbina eólica. En la conexión a red se presenta un algoritmo de optimización del aprovechamiento de la potencia disponible en el inversor para la compensación de potencias ineficientes en forma selectiva, resultando un sistema de generación y compensación. Se presentan los resultados de simulación que ayudan a validar el sistema; así como los resultados experimentales de los subsistemas que han sido implementados. Se finaliza con las conclusiones, aportaciones, líneas de trabajo futuro y las publicaciones derivadas de la presente tesis doctoral / [CAT] La present tesi s'emmarca en el camp de la generació d'energia elèctrica a partir de fonts renovables, la millora de la qualitat del subministrament elèctric i de l'estabilitat de xarxes de baixa potència com les micro xarxes i les xarxes intel·ligents. Aquestes xarxes es basen en la integració de generadors distribuïts, entre ells els basats en sistemes de generació d'energia eòlica. Aquests sistemes de generació es connecten a la xarxa per mitjà de convertidors electrònics amb una potència limitada, aquesta característica provoca que les xarxes amb alta integració de generadors distribuïts es vegen afectades en major mesura per problemes de qualitat del subministrament, a causa de la seua baixa corrent de curtcircuit. Amb la finalitat de mantindre la qualitat del subministrament elèctric ha de complir-se que el sistema conste de tensions sinusoïdals, de freqüència fonamental i simètriques; i de càrregues que consumisquen corrents sinusoïdals de freqüència fonamental, equilibrades i en fase amb les tensions. Quan alguna d'aquestes condicions no es compleix, es produeixen fenòmens que disminueixen l'eficiència del sistema i degraden la qualitat del subministrament, aquests fenòmens poden ser apaivagats mitjançant l'ús de compensadors actius connectats en sèrie o en paral·lel al sistema elèctric. Els compensadors actius connectats en paral·lel generen els corrents ineficients demandades per les càrregues, permetent que per la xarxa transiten únicament els corrents eficients, millorant el rendiment del sistema. Els corrents que han de ser injectades pel convertidor són calculades a partir d'una teoria de la potència elèctrica que permeta una correcta identificació de les components ineficients consumides per la càrrega. Una compensació global pot dur-se a terme sempre que el límit de potència dels convertidors ho permeta, si les ineficiències són majors que la capacitat d'un convertidor es pot considerar la compensació parcial o bé la compensació selectiva dels fenòmens ineficients. Els convertidors electrònics utilitzats per a la connexió dels generadors distribuïts a la xarxa tenen la mateixa topologia que els compensadors actius, donant pas al desenvolupament de sistemes híbrids de generació i compensació. Donada la naturalesa intermitent de les fonts d'energia renovables, els sistemes de generació basats en aquestes no fan ús de la potència nominal del convertidor en tot moment, per la qual cosa la diferència entre la potència activa injectada i la potència nominal del convertidor pot ser utilitzada per a la compensació d'ineficiències. En la present tesi es planteja l'estudi dels sistemes híbrids de generació i compensació basats en sistemes de minieòlica, amb la finalitat d'optimitzar l'ús de la potència disponible en el convertidor de connexió a xarxa per a ajudar a millorar la qualitat del subministrament i l'estabilitat del sistema. El sistema proposat abasta el control del sistema de generació de minieòlica, la transferència d'energia a la xarxa i la compensació d'ineficiències, optimitzant l'aprofitament del convertidor de connexió a xarxa. Es proposa la utilització de tècniques de control borrós per a la cerca del punt de màxima potència de l'aerogenerador i el control de la tensió del bus DC; així com l'aplicació de tècniques de control no lineal per a l'estimació de la velocitat de gir de la turbina eòlica. En la connexió a xarxa es presenta un algorisme d'optimització de l'aprofitament de la potència disponible en l'inversor per a la compensació de potències ineficients en forma selectiva, resultant un sistema de generació i compensació. Es presenten els resultats de simulació que ajuden a validar el sistema; així com els resultats experimentals dels subsistemes que han sigut implementats. Es finalitza amb les conclusions, aportacions, línies de treball futur i les publicacions derivades de la present tesi doctoral. / [EN] This thesis is part of the field of electric power generation from renewable sources, the improvement of power quality and the stability of low power networks such as microgrids and smart grids. These networks are based on the integration of distributed generators, including those based on wind power generation systems. These generation systems are connected to the grid by means of electronic converters with limited power; this feature causes networks with high integration of distributed generators to be affected to a greater extent by power quality problems, due to their low short circuit current. In order to maintain the quality of the electrical supply, the system must consist of sinusoidal, fundamental frequency and symmetric voltages; and loads that consume sinusoidal currents of fundamental frequency, balanced and in phase with the voltages. When any of these conditions is not met, phenomena occur that decrease the efficiency of the system and decrease the power quality, these phenomena can be mitigated by the use of active compensators connected in series or in parallel to the electrical system. The active compensators connected in parallel generate the inefficient currents demanded by the loads, allowing only the efficient currents to pass through the network, improving the performance of the system. The currents that must be injected by the converter are calculated based on an electric power theory that allows a correct identification of the inefficient components consumed by the load. A global compensation can be carried out whenever the power limit of the converters allows it, if the inefficiencies are greater than the capacity of a converter it can be considered partial compensation or selective compensation of inefficient phenomena. The electronic converters used for the connection of the generators distributed to the grid have the same topology as the active compensators, giving way to the development of hybrid generation/compensation systems. Given the intermittent nature of renewable energy sources, generation systems based on these do not make use of the nominal power of the converter at all times, so the difference between the active power injected and the nominal power of the converter can be used for inefficiencies compensation. In the present thesis the study of generation and compensation hybrid systems based on small wind energy systems is proposed, with the purpose of optimizing the use of the available power in the grid-connected converter to help to improve the power quality and the stability of the system. The proposed system covers the control of the small wind energy system, the transfer of energy to the grid and the compensation of inefficiencies, optimizing the use of the grid-connected converter. The use of fuzzy control techniques is proposed for the maximum power point tracking of the wind turbine and the control of the DC bus voltage; as well as the application of nonlinear control techniques for estimating the speed of rotation of the wind turbine. In the grid side, an algorithm for optimizing the use of the available power in the inverter is presented for the compensation of inefficiencies selectively, resulting in a generation/compensation system. The simulation results that help validate the system are presented; as well as the experimental results of the subsystems that have been implemented. It ends with the conclusions, contributions, lines of future work and publications derived from this doctoral thesis. / Martínez Márquez, CI. (2019). Contribuciones a la mejora de la eficiencia energética mediante convertidores electrónicos trifásicos de generación y compensación aplicados en sistemas de generación minieólica [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/125700 / TESIS