Ingeniero Civil Eléctrico / Altas tasas de contaminación y procesos productivos poco sustentables han alterado de manera significativa el medio ambiente. Para atenuar este efecto, un gran número de países ha decidido aumentar las fuentes de energía renovables en sus matrices energéticas. Debido a esto y a la baja de los costos de inversión, la penetración de energía eólica ha tenido un alza sostenida en los sistemas eléctricos de potencia durante los últimos años, en los que la industria ha privilegiando el uso de aerogeneradores de velocidad variable. El objetivo general de este trabajo es revisar diferentes opciones de control de potencia activa y reactiva en aerogeneradores basados en generadores de inducción doblemente alimentados (DFIG), focalizando el estudio en estrategias de control de potencia activa. Para lograr esto, se realiza en primer lugar una investigación en la literatura especializada de los principales aspectos referentes al control de potencia activa y reactiva de este tipo de aerogeneradores. Posteriormente, en la plataforma MATLAB/Simulink, se implementan dos modelos dinámicos de aerogenerador con DFIG, uno equipado con ángulo de paso variable y el otro con ángulo de paso fijo. El control de potencia activa, en la región de velocidades de viento que están por debajo de la velocidad de viento nominal, lo efectúan bajo dos esquemas distintos de seguimiento del punto de extracción de máxima potencia (MPPT). La limitación de potencia para vientos por sobre la velocidad de viento nominal, la llevan a cabo a través del control del ángulo de paso y por pérdida aerodinámica asistida por control de velocidad. Una de las principales conclusiones es que los aerogeneradores con DFIG con limitación de potencia por pérdida aerodinámica asistida por control de velocidad deben tolerar torques considerablemente mayores que los que poseen ángulo de paso variable. Además, la calidad de la potencia generada a velocidades de viento sobre la nominal es mejor en este último. Por otro lado, se concluye que existe un compromiso entre la eficiencia y las cargas a las cuales se ve sometido el aerogenerador al considerar un esquema MPPT basado en la regulación de velocidad del rotor. Además, dependiendo del ajuste de sus controladores, este esquema puede lograr un mejor seguimiento del coeficiente de potencia óptimo, en comparación con un esquema MPPT que utiliza la velocidad del rotor para determinar la referencia de potencia activa.

La tesis doctoral, cuyo título se indica más arriba, está dedicada al estudio y medida de los fenómenos reactivos en los sistemas eléctricos trifásicos. La tesis se ha estructurado en 6 Capítulos y la Bibliografía. En el Capítulo se han analizado críticamente las definiciones de potencia reactiva establecidas por las principales teorías de la potencia eléctrica, desde finales del siglo XIX hasta nuestros días. En el Capítulo II, se han analizado los fenómenos reactivos, o de desfase, entendidos para las tensiones y corrientes de secuencia directa y frecuencia fundamental, tal como establece la teoría Unificadora y la IEEE Standard 1459-2000, en base a las expresiones de las potencias reactivas instantáneas correspondientes a los sistemas trifásicos lineales. La comparación entre las expresiones de la potencia reactiva instantánea de los sistemas con tensiones equilibradas y desequilibradas ha permitido definir por separado la potencia reactiva debida a las cargas reactivas y la potencia reactiva debida a los desequilibrios. La existencia de esta última potencia reactiva originada por los desequilibrios es una de las aportaciones de la tesis doctoral, que de ninguna manera pueden establecer las teorías clásicas. En el Capítulo III se ha representado los fenómenos reactivos o de desfase definidos en el Capítulo anterior mediante asociaciones trifásicas de elementos de circuito. Estas representaciones gráficas ayudan a entender mejor cada uno de los fenómenos. En el Capítulo IV se describe la constitución y características técnicas del dispositivo y sistema de medida de la potencia reactiva, que discrimina entre la potencia reactiva debida a las reactancias y la potencia reactiva causada por los desequilibrios. El Capítulo V está dedicado a describir las conclusiones y las realizaciones futuras. En resumen, la nueva formulación de la potencia reactiva desarrollada en esta Tesis Doctoral, constituye, una importante herramienta para mejor comprender el funcionamiento de los sistemas eléctricos, así como para proponer soluciones para el cumplimiento de las normativas vigentes y para el diseño de dispositivos de mejora de la eficiencia. / Graña López, MÁ. (2010). Significado y medida de los fenómenos de desfase en los sistemas trifásicos desequilibrados, lineales. Aplicación a la medida en sistemas con conductor neutro [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/8605

Tesis por compendio / [ES] El campo de la ciencia donde se encuadra la presente tesis doctoral, es un campo muy antiguo y muy estudiado. La primera experiencia conocida en transmisión de energía eléctrica es atribuida a H. Fontaine en 1873 en la Exposición de Viena. Desde entonces se han desarrollado multitud de teorías sobre la potencia eléctrica, y aunque parezca poco creíble, hoy en día todavía no se ha establecido una teoría consensuada por toda la comunidad científica. No obstante, sí que hay una norma establecida que permite la construcción de los aparatos de medida bajo unos mínimos consensuados. Esta norma es la IEEE Std. 1459-2010. En el año 2015, el Dr. Pedro Ángel Blasco Espinosa, presentó su tesis doctoral cuyo título es: "Formulación de la potencia de desequilibrio. Aplicación a redes eléctricas desequilibradas sinusoidales", en la cual se formulaba fasorialmente la potencia de desequilibrio, y conjuntamente con la potencia aparente de secuencia positiva, obtenía la potencia total suministrada por la red en un punto de la misma. Esta potencia coincidía con la obtenida con la norma reseñada y con la teoría de Buchholz (1922). No obstante, dejaba fuera la potencia de distorsión. Esta tesis tiene dos objetivos diferenciados y complementarios entre sí. El primer objetivo de esta tesis es el extender el fasor del Dr. Blasco, a la formulación fasorial de la potencia de distorsión. De esta forma se obtiene un procedimiento distinto y complementario al indicado en la norma reseñada, pero sin la intención de sustituirla, para la obtención de la potencia aparente total suministrada por la red en un punto de la misma. Ello ha dado lugar al primer artículo publicado del compendio de la presente tesis titulado "Formulation of the Phasors of Apparent Harmonic Power: Application to Non-Sinusoidal Three-Phase Power Systems", en la revista "Energies", indexada en JCR y publicado con fecha de julio de 2018. El segundo objetivo se centra en las potencias de desequilibrio, más concretamente en la modelización de circuitos compensadores pasivos constituidos por elementos reactivos, eliminando dichas potencias ineficientes de tal forma que no las tenga que entregar la red o el generador. La metodología de compensación que se describe en esta tesis, para sistemas a tres y cuatro hilos, no ocasiona un consumo energético adicional y es integrable en filtros híbridos, confiriéndole versatilidad y bajo coste económico. Dadas las características y particularidades de los sistemas eléctricos a tres y cuatro hilos, especialmente en las redes de baja tensión, hace que estos deban ser estudiados de forma separada. Ello dio como resultado la publicación de dos nuevos artículos en la revista "Applied Sciences" indexada en JCR. El primer artículo titulado "Compensation of Reactive Power and Unbalanced Power in Three-Phase Three-Wire Systems Connected to an Infinite Power Network", con fecha de publicación diciembre de 2019, se centra en la compensación de redes trifásicas a tres hilos en una red de potencia de cortocircuito infinita, y en él se describe la metodología de compensación de las corrientes de secuencia negativa e imaginaría de secuencia positiva, las cuales son responsables de las ineficiencias debidas a las potencias de desequilibrio y de desfase o reactiva, poniendo de manifiesto la forma en la cual interactúan entre sí los diferentes dispositivos de compensación cuando el sistema de tensiones es desequilibrado. Este artículo es el segundo del compendio de la presente tesis. El otro artículo, publicado en marzo de 2020 y titulado "Unbalanced and Reactive Currents Compensation in Three¿Phase Four¿Wire Sinusoidal Power Systems", se centra en la compensación de las ineficiencias ocasionadas en las redes eléctricas a 4 hilos por las corrientes de secuencia homopolar, las corrientes de secuencia negativa y la corriente positiva reactiva. Este artículo es el tercero y último del compendio de artículo / [CA] El camp de la ciència on s'enquadra la present tesi doctoral, és un camp molt antic i molt estudiat. La primera experiència coneguda en transmissió d'energia elèctrica és atribuïda a H. Fontaine en 1873 en l'Exposició de Viena. Des de llavors s'han desenrotllat multitud de teories sobre la potència elèctrica, i encara que parega poc creïble, hui en dia encara no s'ha establit una teoria consensuada per tota la comunitat científica. No obstant això, sí que hi ha una norma establida que permet la construcció dels aparells de mesura davall uns mínims consensuats. Esta norma és la IEEE Std. 1459-2010. L'any 2015, el Dr. Pedro Ángel Blasco Espinosa, va presentar la seua tesi doctoral el títol de la qual és: "Formulación de la potencia de desequilibrio. Aplicación a redes eléctricas desequilibradas sinusoidales", en la qual es formulava fasorialment la potència de desequilibri, i conjuntament amb la potència aparent de seqüència positiva, obtenia la potència total subministrada per la xarxa en un punt de la mateixa. Esta potència coincidia amb l'obtinguda amb la norma ressenyada i amb la teoria de Buchholz (1922). No obstant això, deixava fora la potència de distorsió. Esta tesi té dos objectius diferenciats i complementaris entre si. El primer objectiu d'esta tesi és l'estendre el fasor del Dr. Blasco, a la formulació fasorial de la potència de distorsió. D'esta manera s'obté un procediment distint i complementari a l'indicat en la norma ressenyada, però sense la intenció de substituir-la, per a l'obtenció de la potència aparent total subministrada per la xarxa en un punt de la mateixa. Això ha donat lloc al primer article publicat del compendi de la present tesi titulat: "Formulation of the Phasors of Apparent Harmonic Power: Application to Non-Sinusoidal Three-Phase Power Systems", en la revista "Energies", indexada en JCR i publicat amb data juliol de 2018. El segon objectiu se centra en les potències de desequilibri, més concretament en la modelització de circuits compensadors passius constituïts per elements reactius, eliminant les dites potències ineficients de tal forma que no les haja d'entregar la xarxa o el generador. La metodologia de compensació que es descriu en esta tesi, per a sistemes a tres i quatre fils, no ocasiona un consum energètic addicional i és integrable en filtres híbrids, conferint-li versatilitat i baix cost econòmic. Donades les característiques i particularitats dels sistemes elèctrics a tres i quatre fils, especialment en les xarxes de baixa tensió, fa que estos hagen de ser estudiats de forma separada. Això va donar com resultat la publicació de dos nous articles en la revista "Applied Sciences" indexada en JCR. El primer article titulat "Compensation of Reactive Power and Unbalanced Power in Three-Phase Three-Wire Systems Connected to an Infinite Power Network", amb data publicació desembre de 2019, se centra en la compensació de xarxes trifàsiques a tres fils en una xarxa de potència de curtcircuit infinita, i en ell es descriu la metodologia de compensació dels corrents de seqüència negativa i imaginaria de seqüència positiva, les quals són responsables de les ineficiències degudes a les potències de desequilibri i de desfasament o reactiva, posant de manifest la forma en la qual interactuen entre si els diferents dispositius de compensació quan el sistema de tensions és desequilibrat. Este article és el segon del compendi de la present tesi. L'altre article, publicat al març de 2020 i titulat "Unbalanced and Reactive Currents Compensation in Three-Phase Four-Wire Sinusoidal Power Systems", se centra en la compensació de les ineficiències ocasionades en les xarxes elèctriques a 4 fils pels corrents de seqüència homopolar, els corrents de seqüència negativa i la corrent positiva reactiva. Este article és el tercer i últim del compendi d'articles de la present tesi. / [EN] The area of science in which this doctoral thesis is framed is a very old and highly studied area. The first known experience in electric power transmission is attributed to H. Fontaine in 1873 at the Vienna Exposition. Since then, a multitude of theories on electrical power have been developed, and although it may seem unbelievable, today a theory agreed by the entire scientific community has not yet been established. However, there is an established standard that allows the construction of measuring devices under agreed minimums. This standard is IEEE Std. 1459-2010. In 2015, Dr. Pedro Ángel Blasco Espinosa, presented his doctoral thesis whose title is: "Formulation of the power of imbalance. Application to sinusoidal unbalanced electrical networks", in which the unbalance power was phasorly formulated, and together with the apparent power of positive sequence, it obtained the total power supplied by the network at one point of it. This power coincided with that obtained with the mentioned norm and with the theory of Buchholz (1922). However, it left out the distortion power. This thesis has two different and complementary objectives. The first objective of this thesis is to extend Dr. Blasco's phasor to the phasor formulation of distortion power. In this way, a different and complementary procedure to that indicated in the aforementioned standard is obtained, but without the intention of replacing it, to obtain the total apparent power supplied by the network at a point in it. This has led to the first published article in the compendium of this thesis entitled "Formulation of the Phasors of Apparent Harmonic Power: Application to Non-Sinusoidal Three-Phase Power Systems", in the journal "Energies", indexed in JCR and published with dated July 2018. The second objective focuses on the unbalance powers, more specifically on the modelling of passive compensating circuits made up of reactive elements, eliminating these inefficient powers in such a way that they do not have to be delivered by the network or the generator. The compensation methodology described in this thesis, for three and four-wire systems, does not cause additional energy consumption and is easy to implement in hybrid filters, giving it versatility and low economic cost. Given the characteristics and peculiarities of three and four wire electrical systems, especially in low voltage networks, it means that these must be studied separately. This resulted in the publication of two new articles in the journal "Applied Sciences" indexed in JCR. The first article entitled "Compensation of Reactive Power and Unbalanced Power in Three-Phase Three-Wire Systems Connected to an Infinite Power Network", published in December 2019, focuses on the compensation of three-wire three-phase networks with power of infinite short circuit, and it describes the compensation methodology of negative sequence current and positive reactive current, which are responsible for the inefficiencies due to the imbalance and phase shift or reactive powers, showing how which the different compensation devices interact with each other when the voltage system is unbalanced. This article is the second in the compendium of this thesis. The other article, published in March 2020 and titled "Unbalanced and Reactive Currents Compensation in Three-Phase Four-Wire Sinusoidal Power Systems", focuses on compensating for inefficiencies caused in 4-wire electrical networks by zero-sequence current, negative-sequence current and reactive positive-sequence current. This article is the third and last of the compendium of articles in this thesis. / Montoya Mira, R. (2020). Investigación para la extensión del Fasor de la potencia aparente de desequilibrio a la potencia aparente de distorsión. Nuevo método para la compensación de la potencia reactiva y potencias de desequilibrio en sistemas trifásicos sinusoidales desequilibrados [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/147111 / Compendio

Introducción: Hasta ahora, ninguno de los métodos empleados para la evaluación y asignación de la prestación del servicio complementario de control de tensión y potencia reactiva resuelve el problema de garantizar la reserva suficiente de potencia reactiva dinámica, para minimizar el riesgo del colapso de tensión. En esta tesis se plantea una novedosa metodología para la evaluación, valoración y asignación de la prestación de este servicio, asociando al índice del margen de estabilidad de tensión, la valoración d ela potencia reactiva dinámica requerida para el control de tensión y la minimización del riesgo de un colapso de tensión. Así mismo, en esta tesis se propone y desarrolla una nueva metodología que permite la participación de recursos de la demanda, mediante la asociación del índice del margen de estabilidad con el coste de oportunidad de su incluisión en la prestación del servicio de control y potencia reactiva. ESTRUCTURA DE LA TESIS: Esta tesis está organizada de la siguiente manera. Inicialmente se presenta una revisión del estado del arte sobre la prestación de los servicios complementarios, en general, y del servicio complementario de control de tensión y potencia reactiva, en particular, mediante un análisis compartativo entre cuatro, y dos regiones de USA. Posteriormente se desarrolla el marco teórico de los aspectos físicos que limitan la prestación del servicio de potencia reactiva dinámica y las implicaciones de estos límites en la seguridad del sistema de potencia, demostrándose en esta tesis nuevos efectos que sobre la estabilidad tienen los límites operacionales de los generadores. A continuación se desarrolla en esta tesis una nueva metodología para la evaluación, valoración y asignación de la prestación del servicio complementario de tensión y potencia reactiva, resolviendo el problema de garantizar de forma eficiente la prestación de eeste servicio para minimizar el riesgo de colapso de tensión, al igual se desarrolla la motodología para la / Perdomo Fontalvo, DA. (2013). Valoración de la presentación del servicio complementario de control de tensión y soporte de potencia reactiva dinámica para la seguridad de los sistemas electrónicos de potencia [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/29029