Actualmente, los microinversores están expuesto a grandes variaciones debido a su conexión con la red eléctrica y diversas cargas que reducen la calidad de la energía. Estas ondulaciones son mitigadas empleando capacitores electrolíticos de gran volumen para regular la variación de tensión en el DC-Link (DCL) del microinversor. Por desgracia, este tipo de capacitores limitan el tiempo de vida útil de estos sistemas. Para eliminar la necesidad de uso de estos capacitores es necesario disminuir su volumen, por lo que se requiere el uso de filtros activos controlados para compensar las variaciones de potencia, lo cual implica más hardware, o implementar un controlador que sea capaz de controlar una fuente ondulación en el capacitor DC-Link. Se propone un nuevo controlador para un microinversor bidireccional monofásico de dos etapas que permite el uso de capacitores fílmicos y opera como compensador de armónicos, reduciendo la distorsión armónica total (THD) y pudiendo trabajar como corrector de factor de potencia (PFC) para cargas no lineales, mejorando la calidad de la energía en sistemas tipo smart-grid. La primera etapa consiste en un conversor triple puente activo (TAB) DC/DC que conecta dos arreglos de baterías a diferentes condiciones de tensión y corriente y al capacitor fílmico DCL. La segunda etapa es un inversor de fuente de tensión (VSI) que conecta al DCL y a la red eléctrica con una carga no lineal. Los resultados son validados en simulación demostrando su eficacia para eliminar el THD y, en caso se desee, su funcionamiento como PFC sin el uso de capacitores electrolíticos. / Tesis

El objetivo de esta tesis es diseñar un inversor multinivel en cascada monofásico que genere a partir de un arreglo de baterías una tensión alterna de quince niveles pico a pico, cuyas magnitudes de las tensiones armónicas correspondientes a la tercera, quinta, séptima, novena, undécima, décimo tercera y décimo quinta armónica se vean reducidas y se mantenga por debajo de las tolerancias establecidas en la Norma Técnica de Calidad de los Servicios Eléctricos Peruana. / Tesis

Actualmente, los microinversores están expuesto a grandes variaciones debido a su conexión con la red eléctrica y diversas cargas que reducen la calidad de la energía. Estas ondulaciones son mitigadas empleando capacitores electrolíticos de gran volumen para regular la variación de tensión en el DC-Link (DCL) del microinversor. Por desgracia, este tipo de capacitores limitan el tiempo de vida útil de estos sistemas. Para eliminar la necesidad de uso de estos capacitores es necesario disminuir su volumen, por lo que se requiere el uso de filtros activos controlados para compensar las variaciones de potencia, lo cual implica más hardware, o implementar un controlador que sea capaz de controlar una fuente ondulación en el capacitor DC-Link. Se propone un nuevo controlador para un microinversor bidireccional monofásico de dos etapas que permite el uso de capacitores fílmicos y opera como compensador de armónicos, reduciendo la distorsión armónica total (THD) y pudiendo trabajar como corrector de factor de potencia (PFC) para cargas no lineales, mejorando la calidad de la energía en sistemas tipo smart-grid. La primera etapa consiste en un conversor triple puente activo (TAB) DC/DC que conecta dos arreglos de baterías a diferentes condiciones de tensión y corriente y al capacitor fílmico DCL. La segunda etapa es un inversor de fuente de tensión (VSI) que conecta al DCL y a la red eléctrica con una carga no lineal. Los resultados son validados en simulación demostrando su eficacia para eliminar el THD y, en caso se desee, su funcionamiento como PFC sin el uso de capacitores electrolíticos. / Tesis

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica. Ingeniero Civil Eléctrico / Actualmente existe un gran interés y compromiso en aumentar la generación eléctrica proveniente de fuentes ERNC (Energías Renovables No Convencionales) a nivel mundial dado el actual escenario energético. Para maximizar la transferencia energética y asegurar una operación óptima desde un punto de vista técnico y económico se han propuesto distintas topologías de inversores junto con sus estrategias de control. Por otro lado, el control predictivo se perfila como una estrategia prometedora para controlar algunas topologías de inversores de potencia, en particular el control FS-MPC (Finite Set - Model Predictive Control) se ha implementado en un gran número de configuraciones debido a sus ventajas como: rápida respuesta transitoria; fácil inclusión de no linealidades y restricciones en el controlador; y ausencia de modulador. Sin embargo las tensiones sintetizadas por esta estrategia poseen una frecuencia de conmutación variable lo que complica el diseño de filtros de conexión a la red y aumenta la distorsión armónica en las señales inyectadas. En esta tesis se implementa de forma experimental un control predictivo modulado (M2PC, Modulated Model Predictive Control) en un inversor NPC (Neutral Point Clamped) trifásico de 3 niveles en configuración front-end, esta estrategia genera una tensión con frecuencia de conmutación fija y además mantiene las ventajas del control FS-MPC ya mencionadas. El controlador se programa en una plataforma dSPACE dS1103, para esto fue necesario diseñar y construir una tarjeta de desarrollo para una FPGA (Field-Programmable Gate Array) Spartan 3 y una tarjeta transmisora de fibra óptica, la función de la primera tarjeta es gestionar el envío de vectores al conversor NPC y habilitar un sistema de protección que apague el inversor en caso de falla, mientras que la segunda tarjeta se utiliza para enviar los pulsos de disparo a los IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor) del inversor. En el desarrollo de esta tesis se proponen 2 estrategias de control M2PC, en la primera se utiliza una función multiobjetivo para regular la corriente inyectada a la red y el balance de los condensadores del DC-Link, mientras que en la segunda el control M2PC sólo se encarga del error de corriente y en una etapa posterior se regula las tensiones del DC-Link. Inicialmente la estrategia se simula mediante el software Plecs y posteriormente se implementa en el sistema experimental. Se concluye que ambas estrategias presentan un buen desempeño en régimen permanente y transitorio, en ambos casos el THD (Total Harmonic Distortion) es menor al 2% y los condensadores se encuentran balanceados.

Actualmente se utiliza diversas técnicas de modulación de ancho de pulso (PWM) para el control de diversos dispositivos de potencia como variadores de velocidad, inversores, UPS, etc. Este trabajo de Tesis desarrolla la modulación de ancho de pulso de Vector Espacial (SVPWM) para el diseño y simulación de un Inversor Trifásico para obtener una señal de salida senoidal con una frecuencia y voltaje variable. Primero se expone la problemática a la cual se enfrenta los inversores trifásicos y la modulación SVPWM. Mencionando la tendencia y los recursos tecnológicos para el desarrollo de estos dispositivos de potencia en nuestro país, así como las diversas aplicaciones de los mismos. Después se describe todos los conceptos generales e importantes para poder abordar el tema de la modulación vectorial como el de los inversores. Se explica los principios para desarrollar un control vectorial de un inversor trifásico a partir de la modulación SVPWM, siendo su principal característica la de sustituir todo el sistema trifásico por un solo vector cuya velocidad de giro con el paso del tiempo refleja la frecuencia. Luego, se plantea las hipótesis y objetivos a los cuales se quiere llegar con este trabajo de Tesis; seguido del desarrollo de los diversos diagramas que representan el sistema a diseñar y la respectiva selección de componentes a utilizar. Por último, los conceptos establecidos y los diagramas planteados, se complementan con la muestra y descripción de los diversos diseños de la estructura de un inversor trifásico, y con las simulaciones de la técnica de control vectorial (SVPWM) para poder lograr una onda de salida muy similar a una senoidal con una baja distorsión armónica y unas mínimas pérdidas por conmutación. / Tesis

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.

El objetivo de esta tesis es diseñar un inversor multinivel en cascada monofásico que genere a partir de un arreglo de baterías una tensión alterna de quince niveles pico a pico, cuyas magnitudes de las tensiones armónicas correspondientes a la tercera, quinta, séptima, novena, undécima, décimo tercera y décimo quinta armónica se vean reducidas y se mantenga por debajo de las tolerancias establecidas en la Norma Técnica de Calidad de los Servicios Eléctricos Peruana.

El objetivo del presente trabajo es hacer posible la microgeneración eléctrica en el Perú sin infringir la normativa del sector eléctrico peruano. Un tipo de generación eléctrica responsable con el medio ambiente y que cambia radicalmente la estructura del mercado eléctrico al permitir a los consumidores finales conectados a red ser generadores de energía con capacidad de comercializar sus excedentes. Sin embargo, en el Perú no es posible su desarrollo debido a la normativa del sector eléctrico peruano el cual estipula a las empresas (con un contrato de concesión) como los únicos agentes económicos con capacidad de generar y comercializar electricidad a través de la red eléctrica pública (REP). En tal sentido, se ha desarrollado un inversor monofásico inteligente con conexión a la red eléctrica pública de 1.5 KW y con la capacidad de no retornar los excedentes de energía a ella. Un diseño el cual ofrece la posibilidad de generar electricidad en el punto de consumo y extraer sólo la energía restante de la red eléctrica en caso de ser insuficiente la microgeneración; característica que permitirá al usuario reducir su costo de facturación por este servicio. Para tal fin se planteó dos áreas de diseño: Hardware y Software. En el área de Hardware se diseñó un inversor monofásico de una sola etapa de potencia basada en una estructura resonante caracterizada por su alta eficiencia (debido a la conmutación de los MOSFETs con un voltaje cero (ZVS)) y al hacer posible reducir tanto volumen como el peso del equipo. Este diseño implicó un estudio de los convertidores resonantes serie puente activo doble, configurar el convertidor para operar como una fuente de corriente al interactuar con la red eléctrica, cálculos y selección de los componentes. Con respecto al área de Software, se logró implementar un algoritmo capaz de gestionar el suministro de energía al garantizar el no retorno de esta a la red, así como el diseño de un PLL caracterizado por su rapidez y precisión en la sincronización de las señales generadas por el equipo con la tensión de la red eléctrica. Herramientas como MATLAB y PSIM han sido empleadas para el cálculo de parámetros y/o simulaciones. Estas últimas ha permitido corroborar las hipótesis planteadas y concluir que el diseño se caracteriza por una alta eficiencia del 95% en la conversión de energía. / Tesis

En años recientes ha proliferado la instalación de generadores distribuidos alrededor del mundo, particularmente en Europa. La tendencia hasta hace poco había sido limitar a un mínimo la influencia de los generadores distribuidos sobre la red. Sin embargo, se discute actualmente los posibles beneficios de que colaboren activamente en mejorar la calidad de suministro. Ya se han observado pasos concretos en algunos países para poner esto en práctica. En ese contexto, el presente trabajo de título tiene como objetivo diseñar e implementar un inversor trifásico para operar en baja tensión con capacidad de trabajar en isla y de sincronizarse a la red controlando su inyección de potencia activa y reactiva. El equipo creado se aplicará en una pequeña red aislada que recibirá aportes de potencia desde múltiples pequeños generadores. Su fuente de energía será un banco de baterías que absorberá energía en horas de alta generación renovable o baja demanda, y la entregará cuando sea requerida. El módulo cumplirá además un rol preponderante en el control de tensión y la estabilización de la red. Los primeros capítulos de esta memoria explican los conceptos de generador virtual, micro-red y sistema de almacenamiento de energía en baterías, y dan una revisión del estado del arte en estructuras de inversores y sus métodos de control. Se fundamenta luego la solución adoptada y se exponen las pruebas de operar un equipo prototipo conectado a la red y en isla. La solución realizada en esta memoria emplea un puente inversor acoplado a la red mediante un filtro LC y un transformador. Para el puente inversor se usa un módulo de IGBTs comercial con una arquitectura convencional de tres brazos. Para los controladores se aplica un método de control PI sincrónico desacoplado para el control de potencia y se implementan dos modos de operación; esclavo, controlando potencia activa y reactiva, y maestro, fijando frecuencia y controlando tensión. Se aborda en detalle la programación del microcontrolador y la electrónica para sensores y actuadores. Se realiza una simulación detallada de los distintos modos de operación, y se construye un equipo prototipo de potencia reducida con el que se demuestra el funcionamiento de los modos de operación y controladores diseñados. Los resultados experimentales indican una eficiencia cercana al 95%, con distorsión armónica de corriente dentro de los límites aceptados por las normas. Entre los puntos de posibles desarrollos para continuar esta línea de trabajo se encuentran: incorporar un manejo avanzado de la reserva de energía con estimador de carga para el banco de baterías; agregar una etapa reguladora de tensión continua; o adaptar el sistema para poder efectuar compensación de desequilibrios en la red. Además, puede estudiarse la aplicación del diseño creado a inversores para otras aplicaciones.

Actualmente se utiliza diversas técnicas de modulación de ancho de pulso (PWM) para el control de diversos dispositivos de potencia como variadores de velocidad, inversores, UPS, etc. Este trabajo de Tesis desarrolla la modulación de ancho de pulso de Vector Espacial (SVPWM) para el diseño y simulación de un Inversor Trifásico para obtener una señal de salida senoidal con una frecuencia y voltaje variable. Primero se expone la problemática a la cual se enfrenta los inversores trifásicos y la modulación SVPWM. Mencionando la tendencia y los recursos tecnológicos para el desarrollo de estos dispositivos de potencia en nuestro país, así como las diversas aplicaciones de los mismos. Después se describe todos los conceptos generales e importantes para poder abordar el tema de la modulación vectorial como el de los inversores. Se explica los principios para desarrollar un control vectorial de un inversor trifásico a partir de la modulación SVPWM, siendo su principal característica la de sustituir todo el sistema trifásico por un solo vector cuya velocidad de giro con el paso del tiempo refleja la frecuencia. Luego, se plantea las hipótesis y objetivos a los cuales se quiere llegar con este trabajo de Tesis; seguido del desarrollo de los diversos diagramas que representan el sistema a diseñar y la respectiva selección de componentes a utilizar. Por último, los conceptos establecidos y los diagramas planteados, se complementan con la muestra y descripción de los diversos diseños de la estructura de un inversor trifásico, y con las simulaciones de la técnica de control vectorial (SVPWM) para poder lograr una onda de salida muy similar a una senoidal con una baja distorsión armónica y unas mínimas pérdidas por conmutación.