The aim of this doctoral thesis is to analyse the dynamic behaviour of the doubly-fed induction generator exposed to voltage sags. This electrical machine is mainly used in variable-speed wind turbines. Due to the noticeable increase in recent years in grid integration of wind turbine energy systems, the transmission system operators have developed the grid codes, which are the technical specifications that wind turbines have to achieve when a fault occurs. Faults are the most common causes that originate voltage sags. Therefore, the first step to ensure electricity supply continuity as well as to improve power quality when this kind of faults occur is to analyse the dynamic behaviour of the generator exposed to voltage sags. The stator of the doubly-fed induction generator is directly connected to the grid, whereas its rotor is connected by means of a power converter. The converter consists of a rectifier or rotor-side converter and an inverter or grid-side converter, which are linked by a DC bus. It is assumed that the rotor-side converter keeps constant the rotor current in the synchronous reference frame during the entire event. This hypothesis allows the electrical transient to be solved analytically. The voltage limit of the rotor-side converter is also taken into account in order to determine the situations where the rotor current can be controlled. This doctoral thesis is structured as follows. Firstly, the mathematical model of voltage sags is given. Secondly, both dynamic and steady-state models of the doubly-fed induction machine are obtained. Thirdly, the steady-state behaviour of the doubly-fed induction generator is analysed for different generated powers and it is studied, by means of an analytical approach, its electrical transient when exposed to voltage sags. The analytical results are validated by numerical integration of the system of equations with a MATLAB ode solver and by means of the PSpice circuit simulator. It is also carried out an exhaustive study of the effect that voltage sags cause on the doubly-fed induction generator, considering all the typologies (symmetrical and unsymmetrical voltage sags) and varying their parameters (duration and depth). Moreover, the fault-clearing process is taken into account, which has a strong influence on the voltage that the rotor-side converter requires to control the rotor current. The terms abrupt sag and discrete sag stand for voltage sags whose voltage recovery is produced instantaneously or in different steps, respectively. Finally, by means of an analytical study, which is validated by the simulation of different loads exposed to voltage sags, a grouping of voltage sags whose voltage recovery is produced in different steps is proposed. It is observed that from the fourteen discrete voltage sag types in the literature, it is enough to consider only five types. This is a significant advantage, as the number of simulations or laboratory tests carried out on an electrical device exposed to voltage sags is reduced. / El objetivo principal de la presente tesis doctoral es analizar el comportamiento dinámico del generador de inducción doblemente alimentado sometido a huecos de tensión. La aplicación por excelencia de esta máquina eléctrica se encuentra en los aerogeneradores de velocidad variable. Debido al considerable aumento en los últimos años de la integración a la red eléctrica de los sistemas eólicos de generación de energía eléctrica, los operadores del sistema de distintos países han creado los códigos de red, en los cuales se especifican las características de funcionamiento que deben cumplir los aerogeneradores cuando se produce una falta en la red. Las faltas son las causas más comunes que provocan huecos de tensión. Por tanto, el primer paso para garantizar una continuidad del suministro y unos determinados niveles de calidad de la energía eléctrica cuando se originan este tipo de perturbaciones es analizar el comportamiento dinámico del generador sometido a huecos de tensión. El generador de inducción doblemente alimentado se caracteriza por tener tanto el estator como el rotor conectados a la red eléctrica, el estator directamente y el rotor por medio de un convertidor electrónico. El convertidor está constituido por un rectificador o convertidor del lado de rotor y por un inversor o convertidor del lado de red, unidos mediante un bus de continua. Se considera que el convertidor del lado de rotor permite mantener constante la corriente del rotor en referencia sincronismo durante todo el evento. Esta hipótesis permite resolver analíticamente el transitorio eléctrico de la máquina. También se tiene en consideración el límite de tensión de dicho convertidor con el fin de determinar las situaciones en las que se puede controlar la corriente del rotor. La presente tesis doctoral se estructura de la siguiente manera. En primer lugar, se modelizan los huecos de tensión. En segundo lugar, se obtiene el modelo dinámico y el de régimen permanente de la máquina de inducción doblemente alimentada. En tercer lugar, se analiza el comportamiento de régimen permanente del generador de inducción doblemente alimentado para distintas potencias generadas y se estudia analíticamente el transitorio eléctrico del mismo cuando se somete a los distintos huecos de tensión. Los resultados analíticos se validan por medio de la integración numérica del sistema de ecuaciones mediante MATLAB y también utilizando el programa de simulación de circuitos PSpice. Por último, se realiza un estudio exhaustivo del efecto de los huecos de tensión sobre el generador de inducción doblemente alimentado, considerando todas las tipologías de huecos (simétricos y asimétricos) y la variación de sus parámetros (duración y profundidad). Además, se tiene en cuenta la influencia de la recuperación de la tensión, lo cual repercute notablemente en la tensión requerida por el convertidor para controlar la corriente del rotor. Los términos hueco abrupto y hueco discreto hacen referencia a un hueco de tensión cuya recuperación se produce de forma instantánea o por etapas, respectivamente Finalmente, por medio de un estudio analítico, validado por la simulación de distintas cargas sometidas a huecos de tensión, se propone un agrupamiento de los huecos con recuperación por etapas. Se observa que de las catorce tipologías de huecos discretos de la literatura, tan sólo es necesario estudiar cinco de ellas. Esto supone una notable ventaja, ya que se reduce considerablemente el número de simulaciones o de ensayos de laboratorio de un dispositivo eléctrico sobre el cual se desean estudiar los efectos de los huecos de tensión.

En esta tesis se diseña una técnica de estimación de parámetros constantes para los modelos de jaula sencilla y doble jaula sin pérdidas en el entrehierro de la máquina de inducción trifásica, que parte de los datos del fabricante para obtener trayectorias de comportamiento teórico, llamada Torque-Speed-Tracking. También se diseña una técnica para la estimación de parámetros variables para el modelo de jaula sencilla cuyo comportamiento resultante se compara con el obtenido con el modelo de doble jaula de parámetros constantes; esta técnica parte de medidas experimentales y modela cada parámetro con una función polinómica de coeficientes constantes. Finalmente se utilizan los parámetros constantes obtenidos para analizar los efectos de los huecos de tensión al utilizar los modelos mencionados y se clasifican dichos huecos en función de su severidad en los picos de intensidad, par y deslizamiento en una máquina de inducción trifásica. / In this doctoral thesis a technique has been designed for the constant parameters estimation for the single- and double-cage models, without air gap losses, of the three-phase induction machine; this technique is called Torque- Speed-Tracking, and obtains a path of theoretical behaviour from the manufacturer's data. Also, a technique for the estimation of four variable parameters for the single-cage model has been designed, whose resulting behaviour is compared with the obtained one with the double-cage model with constant parameters; in this technique each parameter is modelled with a polynomial function with constant coefficients, from experimental measurements. Finally, the obtained constant parameters are used to analysing the effects of voltage dips/sags using the listed models. The voltage dips/sags are classified in terms of their severity on peaks of: intensity, torque and slip, on a three-phase induction machine.

Este trabajo se enmarca dentro de la calidad del suministro de energía eléctrica y, en concreto, en el efecto que producen los huecos de tensión en las máquinas de inducción y en los transformadores trifásicos.En primer lugar se ha realizado una introducción al estudio de sistemas trifásicos mediante el método de las componentes simétricas que permiten obtener las ecuaciones de los huecos de tensión analizando las faltas que los originan (trifásica, trifásica-tierra, fase-tierra, fase-fase, fase-fase-tierra), así como su transmisión a otros niveles de tensión y la influencia de la conexión de la carga. Los huecos se han caracterizado mediante su duración, su profundidad, el punto de onda inicial y siete tipologías diferentes de huecos.En un motor de inducción trifásico, un hueco de tensión produce los siguientes efectos: picos de intensidad, picos de par y pérdida de velocidad mecánica. En este trabajo se han determinado los puntos de onda inicial y los valores de duración más desfavorables.También se han obtenido las superficies tridimensionales de los mencionados efectos en función de la profundidad y de la duración para todos los tipos de huecos, midiendo las distancias Euclídeas entre ellas, así como las curvas de nivel de estas superficies que representan la sensibilidad de la máquina a los huecos de tensión. Se ha observado que es posible reducir el número de tipos de huecos a estudiar de siete originales a tres si se utiliza la componente directa de la tensión (en lugar de la profundidad) en las curvas de sensibilidad.En un transformador trifásico, un hueco de tensión puede llegar a saturarlo dando lugar al consumo de una intensidad elevada. Se han determinado los puntos de onda inicial y las duraciones del hueco más desfavorables, así como la relación entre los picos de intensidad y la profundidad. Se ha presentado un método analítico para la determinación de la componente continua del flujo y de los picos de intensidad, que han permitido la obtención de superficies tridimensionales de los picos de intensidad en función del punto de onda inicial y de la duración, así como en función de la profundidad y de la duración para todos los tipos de huecos. Por último el estudio de estas superficies tridimensionales ha permitido agrupar diferentes tipos de huecos con severidad similar, reduciendo a tres las siete tipologías originales.

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Las instalaciones de producción de frío por compresión de vapor suponen un alto porcentaje de consumo energético, por lo que es esencial disponer de herramientas para optimizar de su diseño y facilitar su mantenimiento. Para ello se emplean los modelos matemáticos con los cuales poder simular y predecir su comportamiento tanto en régimen estacionario como transitorio, y en particular, el de los intercambiadores de calor que las constituyen. El método de los límites móviles (LM) es particularmente interesante por su grado de exactitud y rapidez de ejecución. Con él se calculan los límites de las zonas de flujo en las que se distribuye el refrigerante aplicando volúmenes de control de límites variables. En la zona bifásica los volúmenes de líquido y vapor saturados están relacionados por la fracción media de huecos (FMH), que con frecuencia se toma como invariante con el tiempo, y solo se considera como variable en los problemas con transitorios severos, en los aparecen o desaparecen zonas en el intercambiador. Por otra parte, de las muchas expresiones existentes en la literatura para la FMH, con frecuencia se usan las correlacionadas con el deslizamiento. En este trabajo se presenta el modelo para los intercambiadores de calor del ciclo de compresión que se han desarrollado con el método LM, incluyéndose también los modelos estacionarios de los equipos de caudal másico, todo ello programado con Matlab. En las ecuaciones del modelo se pueden incorporar diferentes expresiones de la FMH, cuyos resultados se analizan, y comparan, junto con el empleo de diferentes expresiones para el deslizamiento. Se comprueba que los resultados dependen de las características de los transitorios analizados, pudiéndose usar como solución de compromiso la correlación de Zivi. Así mismo, se comprueba que el modelo es más robusto cuando se considera variable la FMH, y que para los transitorios estudiados, es indistinto tomar cualquiera de los métodos existentes para resolver la tempe / Milián Sánchez, V. (2012). Desarrollo de un Modelo Dinámico Reducido de un Sistema de Refrigeración Industrial basado en el Ciclo de Compresión de Vapor [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/35191

La tesis doctoral presenta un nuevo método de detección y análisis de eventos en la tensión de suministro de energía eléctrica que utiliza simultáneamente el análisis wavelet y un filtro de Kalman extendido actuando en paralelo sobre las muestras de la tensión. El análisis wavelet proporciona la mejor precisión en la determinación de las características temporales del evento y el filtro de Kalman extendido permite, por un lado confirmar la existencia del evento, descartando aquellas detecciones erróneas que puede producir el análisis wavelet debido a su muy alta sensibilidad, así como determinar con la mayor exactitud la magnitud y fase de la tensión durante el evento.El método desarrollado se ha implementado un tiempo real sobre un sistema DSP, de forma que se adquieren las muestras de la tensión y se analizan sus valores dentro del intervalo de muestreo, para poder detectar y analizar eventos en el menor tiempo posible y poder desarrollar estrategias de protección de los distintos equipos conectados a la red de distribución / The thesis presents a new method for detection and analysis of voltage events in power systems using wavelet analysis and an extended Kalman filter acting in parallel on the voltage samples. The wavelet analysis provides the best estimation of the time-related parameters of the voltage event and the extended Kalman filter enables, on the one hand the confirmation of the beginning and the end of the voltage event, avoiding the erroneous detections that can be produced due to the very high sensitivity of the wavelet analysis, and on the other hand, the estimation of the magnitude and phase angle of voltage supply during the event. The method proposed has been implemented in a DSP-based system, where the voltage samples are analyzed within the sampling period for real-time detection of voltage events.

En esta tesis se analizan diversos aspectos para la optimización y mejora de redes de distribución de la energía eléctrica. En dicho análisis se ha tenido en cuenta el estado actual de las redes y los desafíos a los que se están enfrentando. Entre los factores que más afectan a la concepción de las nuevas redes se encuentran la calidad de la energía eléctrica (CEE) y la generación distribuida (GD). Son estos factores los que están marcando cambios significativos tanto en la forma de entender el negocio eléctrico como en los requisitos técnicos que debe cumplir la red de distribución. Es por eso que la tesis se centra en estudiar la influencia de la CEE y cómo varían los parámetros del sistema cuando se introduce en una red convencional la GD, de manera que se puedan analizar los límites que las actuales redes de distribución tienen para expandirse e integrar GD y los puntos de operación más adecuados para la misma. Esta metodología de análisis permite establecer criterios de diseño para las futuras redes de distribución y evaluar las ventajas y desventajas de las nuevas redes. La preocupación por el cambio climático está llevando a grandes cambios en el negocio de la energía eléctrica. Como objetivos generales se busca un bajo coste, una buena CEE y la eficiencia energética. Estas consignas han calado hondo en el sector y como consecuencia se están llevando a cabo varios proyectos en diferentes países que tratan de alcanzar estos objetivos. Una de las tendencias que más se está popularizando es el concepto de microrred. En esta tesis se recogen algunos de los aspectos de las microrredes, sin embargo se diferencia de este concepto puesto que no son objetivos principales la operación en isla, el almacenaje de energía o la optimización del control de la GD integrada en la red. Las microrredes pueden ser consideradas en estos aspectos rupturistas con el concepto actual. / Yebra Vega, T. (2010). Nuevos retos en el diseño de redes eléctricas de distribución. Enfoque a la carga, la red y la calidad de la energía eléctrica [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/8683