Propuestas de Tesis 2012

PROPUESTAS DE TEMAS DE TESIS

Maestra en Ingeniera Elctrica Dr. Emilio J. Gonzlez Galvn

1. Tema: Desarrollo de un sistema para rehabilitacin de mueca y

determinacin de su rigidez pasiva.

Este tema de tesis se relaciona con la creacin de un sistema de rehabilitacin de mueca. El sistema se basa en el uso de un robot industrial de 6 grados de libertad, equipado con un sensor de fuerza, los cuales se tienen ya disponibles en el laboratorio de Robtica de la Facultad de Ingeniera. Se plantea el uso de la tcnica de control de impedancia para modular las fuerzas y pares de interaccin entre la extremidad humana y el robot. El proyecto contempla tambin la determinacin de la rigidez pasiva de la mueca, en este caso, para usuarios sanos. Este tema, asociado con el rea de biomecnica, tiene que ver con la determinacin de la constante de rigidez de la mueca, en el caso en que la persona se encuentra relajada y sin ejercer ningn esfuerzo sobre la misma. La determinacin se basa en el uso del enfoque de trabajo virtual para identificar la rigidez en distintas configuraciones de la mueca. El movimiento de la mueca se realizar utilizando un robot industrial y la medicin de las cargas, por medio de un sensor de fuerza tambin disponible en el laboratorio.

2. Tema: Desarrollo de un sistema de teleoperacin que permita la paridad

entre superficies arbitrarias. Este proyecto involucra el desarrollo de un sistema de teleoperacin entre un robot industrial que ser el dispositivo esclavo, y un dispositivo maestro que puede ser una unidad hptica o un equipo de cmputo. Este proyecto tiene importancia para el desarrollo de maniobras industriales que involucran el desplazamiento del robot sobre superficies arbitrarias. El dispositivo maestro ser el encargado de crear una trayectoria de referencia que ser seguida por el robot esclavo. Dicha trayectoria de referencia puede ser especificada por un usuario, auxiliado por medio de una interfaz hptica, o bien puede crearse artificialmente usando un equipo de cmputo. La ventaja de que se busca lograr es que el desplazamiento en el sistema maestro y esclavo se realiza en dos espacios diferentes, cuya paridad se lograr por medio de un mapeo entre superficies, por ejemplo, uno geodsico. Esta metodologa soluciona el problema de asimetra cinemtica entre los dos dispositivos involucrados en la teleoperacin. Por otro lado, se supondr una geometra nominal, conocida, para la superficie donde el robot esclavo debe desplazarse, la cual no est libre de imperfecciones. Dichas irregularidades debern ser compensadas por un controlador de impedancia, que ser implementado en el robot esclavo, y cuyo objetivo ser compensar las fuerzas de interaccin entre el robot y la superficie. Estas fuerzas pueden tener una magnitud considerable, dependiendo de la rigidez de la superficie y el robot, y su efecto debe ser minimizado para evitar daos a la superficie o el robot.

Propuesta de Tema de Tesis de Maestra en Ingeniera Elctrica Opcin: Control Automtico

Seleccin de Plataforma Digital para la Implementacin de Algoritmos de Control Predictivo para Convertidores Electrnicos de Potencia

Director: Dr. Homero Miranda Vidales

[email protected]

reas de inters: Diseo de sistemas digitales, Control Predictivo, Electrnica de Potencia, Calidad de la Energa y procesamiento digital de seales.

Antecedentes

El diseo de sistemas digitales es una rama de las ciencias de la electrnica la cual se encuentra en

constante desarrollo y que da a da impacta fuertemente en el desarrollo tecnolgico en sus distintas reas: computacin, almacenamiento y recuperacin de informacin, comunicaciones, sistemas de control automtico, entretenimiento, instrumentacin, entre otras.

Una de las reas de inters en la que ampliamente se aplican los sistemas digitales es el diseo e implementacin de sistemas de control automtico con altas tasas de desempeo. Dadas las caractersticas de flexibilidad e integracin de los sistemas digitales, ha sido posible reemplazar los sistemas de control basados en tecnologa analgica, los cuales en comparacin con los sistemas digitales, han quedado obsoletos y difciles de actualizar. El diseo de sistemas de control a travs de los sistemas digitales ha contribuido al desarrollo de tareas complejas, brindando seguridad, confiabilidad, rpidos tiempos de respuesta, precisin, ahorro de espacio, menor consumo de energa, entre otras. Sin embargo, gracias al avance que los sistemas digitales han experimentado en las ltimas dcadas, se ha logrado implementar algoritmos de control muy complejos y fsicamente irrealizables empleando electrnica analgica. Algunos de estos mtodos, por mencionar algunos, son: lgica difusa, control adaptivo, control por modos deslizantes, y control predictivo, tcnica en la que se enfocar el desarrollo de esta tesis.

En trminos generales el control predictivo puede considerarse como un algoritmo que utiliza al modelo del sistema para predecir el comportamiento futuro y elegir la ms apropiada accin de control basada en un criterio de seleccin ptimo. La propuesta conocida como Control Predictivo basado en Modelo (MPC, por sus siglas en ingls), en el cual se considera un modelo del sistema con el objetivo de predecir el desempeo futuro de las variables sobre un marco de tiempo (mltiplo entero del periodo de muestreo). Estas predicciones son evaluadas en base a una funcin de costo, y entonces, la secuencia que minimiza la funcin de costo es seleccionada, obteniendo de este modo las acciones de control futuras. Existen varios esquemas de control predictivo los ms utilizados en aplicaciones de electrnica de potencia son el control predictivo generalizado (GPC, por sus siglas en ingls) y el Control de Conjuntos Finitos - MPC (FCS-MPC).

Objetivo general El objetivo general de la tesis se centra en realizar un esquema comparativo el cual permita seleccionar

la plataforma digital adecuada basada en procesador digital de seales (DSP, por sus siglas en ingls), Arreglo de compuertas programables en campo (FPGA por sus siglas en ingls) o una combinacin de ambas.

El tema de tesis est planeado para realizarse en 12 meses.


Esquema de Control Predictivo Basado en Modelo para un Sistema de Transmisin de Alta Tensin en Corriente Continua con Convertidores Punto Neutral de Enclavamiento

Director:

Dr. Homero Miranda Vidales [email protected]

Co-director: Dr. Cesar F. Francisco Mndez Barrios

[email protected]

reas de inters: Control Predictivo, Electrnica de Potencia, Convertidores Multinivel, Calidad de la Energa, Modelado y Simulacin.

Antecedentes

Hoy en da existen tres topologas, conocidas como clsicas, de convertidores multinivel: diodo de

enclavamiento, condensador flotante y la estructura basada en inversores en cascada con fuentes independientes. Cada una de estas topologas presenta diferencias en su construccin as como ventajas y desventajas entre ellas.

El incremento de niveles de voltaje en la forma de onda del convertidor, permite que la tensin de

salida cuente con un mayor nmero de escalones en la forma de onda minimizando as la distorsin armnica total (THD, por sus siglas en ingls). Sin embargo, conforme el nmero de niveles incrementa la complejidad del control aumenta presentndose problemas de balance en las fuentes de corriente continua. Por otra parte, el desarrollo de convertidores electrnicos de alta tensin y alta potencia han hecho posible transmitir y controlar grandes bloques de potencia por medio de corriente directa, tal es el caso de plantas de generacin elica. La transmisin en corriente continua ofrece caractersticas nicas que complementan las caractersticas de redes de corriente alterna existentes. Los convertidores PWM que utilizan IGBT y que son controlados mediante tcnicas de modulacin de ancho de pulso ofrecen una interesante solucin cuando es necesario suministrar potencia en sitios remotos. Los convertidores en configuracin back to back pueden suministrar o absorber potencia reactiva y se puede controlar la salida de tensin. Adems, la potencia activa puede fluir en ambas direcciones, del lado de ca al lado de cc y viceversa. La magnitud, la frecuencia y el ngulo de fase son ajustables y las corrientes de cortocircuito se pueden limitar electrnicamente. Sin embargo existen problemas ocasionados por el desbalance que se presenta en el punto neutral de enclavamiento, y se vuelve ms crtico conforme el nmero de niveles crece. Adems, se debe tener presente que los objetivos de operacin de un sistema HVDC son la transmisin bidireccional de potencia activa, control de potencia reactiva en cada unidad de conversin y el control de tensin en cada bus de cc, se debe lidiar con el problema de desbalance, arrojando una serie de compromisos al momento de obtener una ley de control que cumpla con los objetivos de control, un esquema de control es ampliamente aplicado a sistemas complejos es el control predictivo basado en modelo (MPC, por sus siglas en ingls).

El esquema MPC considera un modelo del sistema con el objetivo de predecir el desempeo futuro de

las variables sobre un marco de tiempo (mltiplo entero del periodo de muestreo). Estas predicciones son evaluadas en base a una funcin de costo, y entonces, la secuencia que minimiza la funcin de costo es seleccionada, obteniendo de este modo las acciones de control futuras. Existen varios esquemas de control predictivo segn el modelo, entre los ms utilizados en aplicaciones de electrnica de potencia son el control predictivo generalizado (GPC, por sus siglas en ingls) y el Control de Conjuntos Finitos - MPC (FCS-MPC), entre otros. En este trabajo de tesis se propone desarrollar un esquema de control predictivo


basado en modelo para un sistema de transmisin HVDC bipolar basado en convertidores diodos de enclavamiento de tres niveles en configuracin back to back.

Objetivo El objetivo principal de este trabajo consiste en desarrollar un esquema de control predictivo basado en

modelo, para el sistema de transmisin de corriente continua en alta tensin utilizando como etapa de potencia convertidores diodos de enclavamiento de tres niveles.

Ms precisamente, el objetivo de esta tesis consistir en disear una ley de control que nos garantice

que tanto el estado como las actuaciones del sistema permanezcan dentro de cierta regin de inters y que adems se minimice una funcin de costo, o en otras palabras, se resuelva el siguiente problema:

donde N es el horizonte de prediccin, es el conjunto de valores admisibles para el estado, el conjunto de controles admisibles y es la regin terminal.

Logrando de esta manera, obtener una estrategia de control que nos permita considerar restricciones

impuestas tanto por las caractersticas fsicas del sistema, as como tambin caractersticas deseables impuestas por el diseador.



Control Directo del Par para Convertidores Multiceldas en Cascada en Configuracin

Asimtrica como Variador de Velocidad para Motores de Induccin Director:

Dr. Homero Miranda Vidales [email protected]

Co-director: Dr. Ricardo lvarez Salas

[email protected]

reas de inters: Control de Mquinas elctricas, Electrnica de Potencia, Variadores de velocidad, Mquinas elctricas y Electrnica de Potencia.

Antecedentes

Los convertidores multinivel han mostrado un importante desarrollo en los variadores de corriente alterna de media tensin. Algunas topologas han ganado una gran aceptacin en el sector industrial, tales como: el convertidor punto neutral de enclavamiento, el convertidor con capacitores flotantes, y el convertidor basado en celdas en cascada con fuentes independientes. Para estos convertidores multinivel se han propuesto tcnicas y estrategias de control tales como: modulacin sinusoidal con mltiples portadoras, seleccin y eliminacin de armnicas, y la modulacin por vectores espaciales, entre otras.

Uno de los mtodos que ms se ha utilizado en el convertidor diodos de enclavamiento de tres niveles es el control directo del par (DTC, por sus siglas en ingls), el cual es reconocido actualmente como una estrategia de control con un alto desempeo en variadores de velocidad en ca. Este mtodo se ha aplicado a convertidores diodos de enclavamiento de cinco niveles y algunas otras topologas multinivel, en el cual se emplean mltiples comparadores de histresis. Sin embargo, la utilizacin de comparadores de histresis, segn los resultados que se muestran en la literatura especializada, es una desventaja en el DTC, esto debido a que el sistema electrnico de potencia opera con una frecuencia de conmutacin variable. Una de las soluciones a este problema se basa en la inclusin de esquemas basados en comparadores de histresis modificados para lograr una frecuencia de conmutacin fija, sin embargo, los esquemas son complejos de implementar fsicamente y son susceptibles a las variaciones de parmetros, otra opcin es reemplazar los comparadores de histresis por un esquema de control por vectores espaciales. Esta propuesta es una de las que han dado mejores resultados sin embargo es necesario incrementar el nmero de niveles para obtener un mejor desempeo. Desafortunadamente, el aumento de niveles en los convertidores multinivel incremente la complejidad de control y los esquemas para la obtencin de las seales de disparo. Una opcin para incrementar el nmero de niveles con la menor cantidad de componentes electrnicos es emplear las topologas multinivel asimtricas, en las que se pueden clasificar segn el factor de relacin entre las fuentes de alimentacin como: topologa binaria (2:1), ternaria (3:1) o cuasi-lineal. Modificando la relacin de tensin en las fuentes de cc se obtiene un incremento significativo en la cantidad de niveles que se obtienen a la salida del convertidor, esto en aplicaciones del control de velocidad en motores de induccin trae consigo una reduccin considerable en el rizo del par entre otras.

Dada la problemtica que muestra el DTC debido a la utilizacin de comparadores de histresis, ms los problemas operativos que se presentan en convertidores multinivel de ms de cinco niveles, en esta tesis se propone desarrollar un esquema de control basado en DTC en el que se reemplacen los comparadores de histresis por un esquema de modulacin por vectores espaciales, basado en control vectorial a frecuencia fundamental aplicado a convertidores multinivel en configuracin asimtrica.


Objetivo Desarrollar un esquema DTC basado en tcnicas de control vectorial a frecuencia fundamental aplicado

a un convertidor multiceldas en configuracin asimtrica como variador de velocidad para motores de inducin.


PROPUESTA DE TRABAJO DE TESIS

Modelado y Diseo de Controladores para Convertidores Cuadrticos con P2R

2.

Dr. Jorge Alberto Morales Saldaa

Facultad de Ingeniera

Antecedentes En los ltimos aos, el desarrollo de los convertidores conmutados con procesamiento de potencia redundante

reducida (P2R

2) ha motivado la aparicin de nuevas topologas de convertidores en aplicaciones de CA-CD y

CD-CD. En aplicaciones de CD-CD donde la conexin en cascada de convertidores se realiza para obtener

relaciones de transformacin elevadas, siendo la ms comn la interconexin de 2 convertidores. Algunos

resultados de simplificacin de redes han permitido obtener convertidores cuadrticos, los cuales proveen de

una relacin de transformacin que depende del cuadrado del ciclo de trabajo de los convertidores. Sin

embargo, mantienen su caracterstica de conexin en cascada. Esta topologa tiene el inconveniente de

procesar 2 veces la potencia de entrada antes de aportarla a la carga, resultando en una eficiencia baja. El

concepto (P2R

2) consiste en reducir el procesamiento de potencia en convertidores conmutados a partir de 2

convertidores en configuracin no cascada. Esta configuracin ofrece una eficiencia mayor. En los ltimos

aos, el Grupo de Investigacin en Reguladores Conmutados del Laboratorio de Investigacin en Control y

Electrnica ha realizado el estudio de este tipo de convertidores, desarrollando nuevas topologas de

convertidores cuadrticos de CD-CD, los cuales son basados en el concepto (P2R

2).

El trabajo de investigacin consiste en realizar el anlisis de algunas topologas de convertidores

conmutados (R2P

2) para aplicaciones de CD que provean relaciones de transformacin cuadrticas, en donde

se obtendrn las caractersticas de operacin y el diseo de controladores. Se pretende explorar algunas

tcnicas de modelado asociadas al procesamiento de potencia (Factor de energa, y moldeo de potencia). La

implementacin de los controladores diseados se realizara en forma analgica o en alguna plataforma digital.

Finalmente se realizaran pruebas de desempeo sobre los prototipos construidos.

reas de inters.- Teora de Control, Convertidores Conmutados, Electrnica de Potencia, Sistemas

Dinmicos.

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1u 2u

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2D R

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1u

2u

1D

2D

R

OV

(a) (b)

Convertidores cuadrticos (P2R

2) CD-CD. (a)

* Reductor. (b)

# Elevador.

*R. Loera-Palomo and J.A. Morales-Saldaa, Family of Quadratic Step-Down Converters: Reduced Redundant Power Processing Approach, IET POWER ELECTRONICS, submitted 2012. #R. Loera-Palomo, J.A. Morales-Saldaa and J. Leyva Ramos, Modeling of Switching Converters with Reduced Redundant Power Processing based on Signal Flow Graphs, IET POWER ELECTRONICS, aceptado 2012.


Estudio de convertidores CD-CD para sistemas de energa renovables



Antecedentes En los ltimos aos, el desarrollo de los convertidores conmutados con procesamiento de potencia redundante

reducida (P2R

2) ha motivado la aparicin de nuevas topologas de convertidores en aplicaciones de CA-CD y

CD-CD. En aplicaciones de CD-CD donde la conexin en cascada de convertidores se realiza para obtener

relaciones de transformacin elevadas, siendo la ms comn la interconexin de 2 convertidores. Algunos

resultados de simplificacin de redes han permitido obtener convertidores cuadrticos, los cuales proveen de

una relacin de transformacin que depende del cuadrado del ciclo de trabajo de los convertidores. Sin

embargo, mantienen su caracterstica de conexin en cascada. Esta topologa tiene el inconveniente de

procesar 2 veces la potencia de entrada antes de aportarla a la carga, resultando en una eficiencia baja. El

concepto (P2R

2) consiste en reducir el procesamiento de potencia en convertidores conmutados a partir de 2

convertidores en configuracin no cascada. Esta configuracin ofrece una eficiencia mayor. En los ltimos

aos, el Grupo de Investigacin en Reguladores Conmutados del Laboratorio de Investigacin en Control y

Electrnica ha realizado el estudio de este tipo de convertidores, desarrollando nuevas topologas de

convertidores cuadrticos de CD-CD, los cuales son basados en el concepto (P2R

2).

En este trabajo se realizara el estudio de convertidores conmutados redundantes para sistemas de

energa renovables. Se propondr al menos una topologa que pueda ser usada para obtener un voltaje de

salida regulado de una celda de combustible como fuente de alimentacin. El principio de operacin, el

anlisis terico y criterios de diseo sern desarrollados en este trabajo. Un Prototipo de laboratorio ser

implementado, as como los resultados experimentales y simulaciones sern obtenidas para verificar la

efectividad de la topologa. Actualmente se est colaborando con el laboratorio de electrnica de potencia y sistemas dinmicos del IPICYT

reas de inters.- Teora de Control, Convertidores Conmutados, Sistemas de energa renovables, Sistemas

Dinmicos.

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2C

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2Q

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1D

2D

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(a) (b)

Convertidores cuadrticos (P2R

2) CD-CD. (a)

* Reductor. (b)

# Elevador.

*R. Loera-Palomo and J.A. Morales-Saldaa, Family of Quadratic Step-Down Converters: Reduced Redundant Power Processing Approach, IET POWER ELECTRONICS, submitted 2012. #R. Loera-Palomo and J.A. Morales-Saldaa, Family of Quadratic Step-Up DC-DC Converters Based on Noncascading Structures, IET POWER ELECTRONICS, submitted 2012. #R. Loera-Palomo, J.A. Morales-Saldaa and J. Leyva Ramos, Modeling of Switching Converters with Reduced Redundant Power Processing based on Signal Flow Graphs, IET POWER ELECTRONICS, aceptado 2012.

1)DiagnsticodefallasenmotoreselctricosdeCAutilizandosealesmecnicasAsesor:RicardoAlvarezSalasEmail:[email protected]

Objetivo

En esta propuesta se propone desarrollar un sistema de diagnstico para laidentificacin de fallas mltiples en motores de CA operando a velocidad variableutilizando informacin proveniente de sensores de vibracin (acelermetros) ycorrientesdelnea.2)ControlpredictivodemotoreselctricosAsesor:RicardoAlvarezSalasCoasesor:CsarF.F.MndezBarriosEmail:[email protected],[email protected]

Objetivo

Enestapropuestaseproponediseardiferentesalgoritmosdecontrolpredictivoeneldominiode tiempoparamotoreselctricosen tareasdecontroldepar,velocidadyposicin variables con par de carga variables contrastndolos con controladoresclsicosascomosuevaluacinexperimentalmenteenbancodepruebas. 3)ControlbasadoenpasividadconminimizacindeenergaparamotoreselctricosdeCAAsesor:RicardoAlvarezSalasCoasesor:ElviaRuthPalaciosHernndezEmail:[email protected],[email protected]

Objetivo

Enestapropuestaseproponedisearyevaluarexperimentalmenteunalgoritmodecontrolbasadoenpasividaddenominado IDAPBCparamotoresdeCAquepermitaaprovechar la energa elctrica de alimentacin para diferentes regmenes develocidadypardecargavariables.Laevaluacindelalgoritmopropuestose llevaracaboenbancosdepruebasconmotoresdediferentescapacidades.

Dr.VctorM.CrdenasGalindo 1

PropuestasdeTesisdeMaestra2012PosgradoenIngenieraElctrica,UASLPDr.VctorManuelCrdenasGalindo

Temaspropuestos:3IntroduccinparalosTemas1y2Enlosltimosaos,elusodeenergasrenovablesparalageneracindeenergaelctricaenelmundoseha intensificado de forma significativa. Entre las energas renovables con tecnologa madura ycompetitivaseencuentranlossistemaselicos,fotovoltaicosylasmicroturbinas.PasescomoAlemania,Espaa,Inglaterra,ChinayEstadosUnidoshanincrementadosustancialmentelaincorporacindeestastecnologas a sus sistemas elctricos en los ltimos 15 aos. EnMxico, a partir de las resolucionesRES/176/2007yRES/054/2010enqueseapruebaelModelodeContratodeInterconexinparaFuentesdeEnergaRenovable,sehaabiertodeformaimportanteelmercadoparaelusodefuentesalternasdeenergaelctrica,desdeelniveldomsticohastaelnivelindustrial.Seestimaqueenlosprximos5aosMxico pasar de 700 MW a 6,000 MW de energa renovable, lo que representar el 10% de lacapacidadelctricadelpas.

Laincorporacindeestasfuentesalternasdeenerga,ascomolaproliferacindesuusoensistemasdebajaymediatensin,hageneradonuevosretosparalaoperacinygestindelossistemaselctricosentodos losnivelesdepotencia.ElconceptodeRedes Inteligentes (SmartGrid)esun tema fundamentalpara la incorporacin de fuentes alternas de energa en sistemas elctricos, pues busca mover laoperacindelossistemasdesdeunesquemacentralizado,controladoporelproductordeenerga,aunsistema menos centralizado, mucho ms interactivo con el usuario y aprovechando la generacinelctricadistribuida local.Esto implicaunnuevoparadigma tcnico,econmico,operativoycientfico,fundamentadoenherramientascomomodelado,controlentiemporeal,comunicacinentreequiposysistemas elctricos, generacin distribuida incorporando viento, sol, agua, biocombustibles,electromovilidad,etc.

Laelectrnicadepotenciaylossistemasdecontrolsonpartefundamentalparalograrlaincorporacindeestasfuentesdeenergaalossistemaselctricosyredesinteligentes,tantoaniveldomsticocomocomercial e industrial. La funcin primaria de la electrnica de potencia es poder acoplar la energaelctricaenCD (panel solar)CA (generadorelico,microturbina) a la redelctrica, garantizando lamxima transferencia de energa ante las condiciones variantes de generacin (sol, viento, agua) yoperativasdelared(variacindelademandadeenerga),yqueelusuariotengagarantadelsuministroelctricoconaltacalidad.

Dentro de la electrnica de potencia, el convertidor CA/CD/CA (tambin conocido comoBack to Back,BTB)esunapiezaclaveenlaoperacindefuentesalternasdeenerga.AlcontarconunenlaceenCD,esteconvertidortienelacapacidaddepoderincorporarelcontrolbidireccionaldeenergadeformanatural,ademsdeintercontectarmsdeunafuentedeenergaconlaredelctrica(convertidoresde3omspuertos).Loanteriorlohaceptimoparaaplicacionesenredesinteligentes.EnelconvertidorBTBes posible incorporar aislamiento en baja frecuencia en la conexin con la red elctrica, o en altafrecuencia en el bus de CD, reduciendo as significativamente el tamao del transformador deacoplamientoeincrementandoladensidaddepotencia.

Adems,es factibleestructurarconvertidoresBTBmultinivelparaaplicacionesdemediayaltatensin(>1kV), loquepermiteresolver las limitantesdevoltajeycorrienteen losdispositivosdepotencia,alinterconectarceldasdemenorcapacidadpara formarconvertidoresdemayorvoltajeycorriente,conunaestructuramodular.


Tema1:

DesarrollodeunConvertidordePuenteDobleActivoenAltaFrecuenciaparaAplicacinenFuentesAlternasdeEnergaIntegradasaRedesInteligentes

(SmartGrid)

Director:Dr.VctorManuelCrdenasGalindoreasde inters:Fuentesalternasdeenerga,redes inteligentes,electrnicadepotencia,sistemasBTB,

controldigitalAntecedentesEl convertidorCD/CDdepuentedoble activo (DABpor sus siglas en inglsDualActiveBridge) esunconvertidordeelectrnicadepotenciaconcaractersticasadecuadasparaser incorporadocomoetapade aislamiento en convertidores BTB orientados al control de flujo de energa elctrica en redesinteligentes (smart grids) y sistemas de cogeneracin elctrica. An cuando han sido analizados deforma independiente, suoperacine interaccin comopartedeunBTBnecesita seroptimizadaparagarantizarsudimensionamientoydesempeoptimo.ObjetivoElobjetivodeeste trabajode tesises realizarunanlisisdeoperacindeunconvertidorDABdealtafrecuencia,considerandosudesempeo,control,eintegracindentrodeunaestructuraBTB.ContribucinLa contribucin del trabajo est enfocada a profundizar en el convertido DAB como elementofundamental en esquemas de fuentes alternas de energa, balance de alimentadores y operacin deredesinteligentes,evaluandosudesempeoyparmetrosfundamentalesdediseo.Alcancesyobjetivosparticulares Desarrollodeunmtododedimensionamientogeneralizado. AnlisisdelDABdentrodeunconvertidorBTB. Evaluacinensimulacindelconvertidorendosescenarios:comopartedeunsistemaparabalance

depotenciaenalimentadores,ycomotransformadorelectrnicodepotencia.

Eldiseodeloscomponentesserealizarenfuncindeunpuntodeoperacindelequipo. Sloseabordarelcasodesistemastrifsicosbalanceados. Se adecuarn sistemas de control aplicados en otros trabajos de investigacin que anteceden

(controldesacopladodepotencia,pasividad).

Construccin y validacin experimental de un convertidor DAB de 1 Kw, 100 kHz, 100 Vdcentrada/salidaconunaetapadecontrolanlogadigital.

DuracindeldesarrolloyconocimientosnecesariosEltemadetesisestplanteadoparaserdesarrolladoen15meses; lasherramientasqueelestudiantedeberconocer,oaprenderconapoyodelasesorson:


Electrnica de potencia: principios de funcionamiento de convertidores CA/CD/CA y CD/CD(Impartidoencursosdecatlogodelposgradoenelctrica).

SimulacinenPSIM,PSPICEdeCadence,ySimulink(Impartidoencursosdecatlogodelposgradoenelctrica).

Controlbidireccionaldepotencia(Impartidoencursosdecatlogodelposgradoenelctrica). Controldigitaldesistemaselectrnicos. Conocimientosdeelectrnicaanalgicayelectrnicadigital. Ingls(lecturayescrituradedocumentostcnicos). EltrabajosedesarrollarenelLaboratoriodeCalidaddeEnergaElctricayControldeMotores,yel

financiamientodelprototiposerconcargoalosproyectosdelasesor.

ActividadesycalendariopropuestoLadistribucindeltrabajoserdelasiguienteforma:

Aspectosdesimulacinymodelado:50%

DiseoypuestaenoperacindelconvertidorDAB:25%

Evaluacinexperimental:25%

Lasactividadesconsideradasson:

1. Anlisisybsquedabibliogrfica.2. Cubrircursosacadmicos.3. AnlisisdelconvertidorBTB.4. AnlisisydiseodelconvertidorDABalincluirloensistemasBTB.5. Evaluacinpor simulacindeun sistemaBTBconDABdentrodeun transformadorelectrnicoy

paraelbalancedealimentadores.

6. Desarrolloyconstruccindeunprototipoexperimental.7. Evaluacinexperimental.8. Escrituradeartculodecongresointernacional.9. Escrituradedocumentosdeavancedetesis,ydeldocumentodetesis.10. Presentacindeavancesdetesis,examenprevioyexamendegrado.

Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago1 X X X X X X X 2 X X X X X 3 X X 4 X X X X 5 X X X X 6 X X X X 7 X X X 8 X 9 X X X X X X10 X X X X


Referencias

1. J.Alcal,V.Crdenas,J.Prez,R.AlvarezSalas,ThePerformanceoftheBacktoBackConvertertoControl theBidirectionalPowerFlow, InternationalReviewofElectricalEngineering,Vol6,No5,SeptemberOctober2011,IS

2. SN18276660,pp.26112621.1. AlejandroAganzaTorres.DesarrollodeunConvertidorMatricialMonofsicoconEnlaceenAlta

Frecuencia para Sistemas Fotovoltaicos enMicrogeneracin Elctrica.Maestra en IngenieraElctrica,(incluidaenelPadrnNacionaldePosgrados).UASLP,17defebrerode2012,director:Dr.VctorManuelCrdenasGalindo.

3. EmanuelRosasHernndez.AnlisisdeunaCeldaRegenerativaMonofsicaparaelControldelFlujoBidireccionaldePotencia,MaestraenIngenieraElctrica,(incluidaenelPadrnNacionaldePosgrados).UASLP,5defebrerode2010,director:Dr.VctorManuelCrdenasGalindo,codirector:Dr.CiroAlbertoNezGutirrez.

4. RicardoSierraRivera.OperacindeConvertidoresBTBenRedesElctricasconPerturbaciones:EstudioenSistemasdeCogeneracinElctrica.MaestraenIngenieraElctrica,(incluidaenelPadrnNacionaldePosgrados).UASLP,direccinendesarrollo.

2. JanethA.AlcalRodrguez. EstudiodeConvertidoresBack toBack.Doctoradoen IngenieraElctrica,(incluidoenelPadrnNacionaldePosgrados).UASLP,29defebrerode2012,director:Dr.VctorManuelCrdenasGalindo.

5. J.Alcal,V.Crdenas,J.Prez,R.AlvarezSalas,ThePerformanceoftheBacktoBackConvertertoControltheBidirectionalPowerFlow, InternationalReviewofElectricalEngineering,vol.6,no.5,pp.26112621.SeptemberOctober2011,ISSN18276660.

6. J.Alcal,V.Crdenas,A.R.RamrezLpez,J.GudioLau,StudyoftheBidirectionalPowerFlowin BacktoBack Converters using Linear and Nonlinear Control Strategies, IEEE EnergyConversionCongressandExpositionECCE2011,Phoenix,USA,pp.806813,1722September2011.PrintISBN:9781457705427,DOI:10.1109/ECCE.2011.6063853.

7. R. Sierra, V. Crdenas, J. Alcal, N. Visairo, Singlephase Analysis of BTB Converter UnderUnbalanced Voltage Conditions, 8th International Conference on Electrical Engineering,ComputingScienceandAutomaticControl,CCE2011,Mrida,Mxico,pp.16,2628October2011.PrintISBN:9781457710117,DOI:10.1109/ICEEE.2011.6106602.

8. E. Rosas,V. Crdenas, J.Alcal, C.Nez, Active and Reactive ConverterDecoupled ControlStrategyApplied to a SinglePhaseBTBConverter,6th InternationalConferenceon ElectricalEngineering,ComputingScienceandAutomaticControl,CCE2009,Toluca,Mxico,November1013,2009.PAGINAS16.

9. DESARROLLOTECNOLOGICO:DesarrollodeunGeneradordeRayosXde100kHz,100kW,FaseII:Anlisis,SntesisyConstruccindeunPrototipodeLaboratorio.1deOctubre2006a30deSeptiembre2008.UASLPCompaaMexicanadeRadiologaCGR,Quertaro,QRO.


Tema2:

DesarrollodeunConvertidorBacktoBackMultinivel

Director:Dr.VctorManuelCrdenasGalindoreasde inters:Fuentesalternasdeenerga,redes inteligentes,electrnicadepotencia,sistemasBTB

multinivel,controldigitalEn sistemas elicos y sistemas fotovoltaicos, el uso de convertidores Back to Back (BTB) se haconvertidoelestndarparapoderacoplardeformaconvenientelaenergaelctricageneradaconlaredelctricadelconsumidor,agregandogradosde libertadque lohacenptimopara integrarseen redesinteligentes (smartgrid).Sinembargo,enaplicacionesdemediayaltapotenciaexiste la limitantedecorriente y tensin mxima a la que pueden operar los dispositivos de potencia que integran elconvertidor.UnasolucinestrabajarconconvertidoresBTBmultinivel,endondesepuedandistribuirlosesfuerzos en tensin y corriente entrediferentesdispositivosquepueden estar integrados en celdasBTB,interconectandostasparaformarestructurasdemayorcapacidad.Inclusiveesfactibleprescindirdelostransformadoresdeacoplamientodebajafrecuencia,enaplicacionesdemediatensin.ObjetivoEl objetivo de este trabajo de tesis es desarrollar un convertidor BTB multinivel generando unametodologadediseoyevaluandosudesempeoencondicionesdeoperacincontroladas.ContribucinLacontribucindeltrabajoestcentradaeneldesarrollodeconvertidoresBTBmultinivel,concapacidaddeoperacinmodularyflujobidireccionaldepotenciaparaserintegradosensistemasdecongeneracinelctricayredesinteligentes.Alcancesyobjetivosparticulares DesarrollodeunestudiodeconvertidoresBTBmultinivel,conestructuramodular. Evaluacin en simulacin del convertidor BTB como parte de un sistema de balance de

alimentadoresdepotencia.

Eldiseodeloscomponentesserealizarenfuncindeunpuntodeoperacindelequipo. Sloseabordarelcasodesistemastrifsicosbalanceados. Se adecuarn sistemas de control aplicados en otros trabajos de investigacin que anteceden

(modulacinvectorial,controlporpasividad).

ConstruccinyvalidacinexperimentaldeunconvertidorBTBmultinivelde1Kw,100Vac,5nivelesconunaetapadecontroldigitalbasadaenDSPy/oDspace.

DuracindeldesarrolloyconocimientosnecesariosEltemadetesisestplanteadoparaserdesarrolladoen15meses; lasherramientasqueelestudiantedeberconocer,oaprenderconapoyodelasesorson: Electrnica de potencia: principios de funcionamiento de convertidores CA/CD/CA (Impartido en

cursosdecatlogodelposgradoenelctrica).


SimulacinenPSIM,PSPICEdeCadence,ySimulink(Impartidoencursosdecatlogodelposgradoenelctrica).

Controlbidireccionaldepotencia(Impartidoencursosdecatlogodelposgradoenelctrica). Controldigitaldesistemaselectrnicos. Conocimientosdeelectrnicaanalgicayelectrnicadigital. ProgramacindeDSP. Ingls(lecturayescrituradedocumentostcnicos). EltrabajosedesarrollarenelLaboratoriodeCalidaddeEnergaElctricayControldeMotores,yel

financiamientodelprototiposerconcargoalosproyectosdelasesor.



DiseoypuestaenoperacindelconvertidorBTB:25%



1. Anlisisybsquedabibliogrfica.2. Cubrircursosacadmicos.3. Anlisisdeinversoresmultinivelmulticelda.4. AnlisisydiseodelconvertidormultinivelmulticeldaalincluirloensistemasBTB.5. Evaluacin por simulacin de un sistema BTB multinivel con control bidireccional del flujo de

potenciaactivaycompensacindepotenciareactiva.

6. Desarrolloyconstruccindeunprototipoexperimental.7. Evaluacinexperimental.8. Escrituradeartculodecongresointernacional.9. Escrituradedocumentosdeavancedetesis,ydeldocumentodetesis.10. Presentacindeavancesdetesis,examenprevioyexamendegrado.

Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago1 X X X X X X X 2 X X X X X 3 X X 4 X X X X 5 X X X X 6 X X X X 7 X X X 8 X 9 X X X X X X10 X X X X


Referencias1. H.Miranda,V.Crdenas,J.Prez,ComparisonofMultilevelSpaceVectorAlgorithmsforShunt

Active Power Filter Using Cascade Multicell Invereter, International Review of ElectricalEngineering,Vol2,No4,JulioAgosto2007,ISSN18276660,pp.529536.

2. H.Miranda,V.Crdenas,E.Palacios,AnAlternativetoRegulatedeDCBusCapacitorsVoltagefromShuntActivePowerFilterBasedon5levelCascadedInverter,RevistaIberoamericanadeAutomticaeInformticaIndustrial(RIAI),Vol5,No.3,Julio2008,ISSN16977912,pp.2936.

3. D.NoriegaPineda,G.EspinosaPrez,V.Crdenas, J.AlvarezRamrez,PassivitybasedControlof Multilevel Cascade Inverters: HighPerformance with Reduced Switching Frequency,InternationalJournalofRobustandNonlinearControl,Vol.20,No.9,Jun.2010,ISSN10498923,pp.961974.

4. J.Alcal,V.Crdenas,J.Prez,R.AlvarezSalas,ThePerformanceoftheBacktoBackConvertertoControl theBidirectionalPowerFlow, InternationalReviewofElectricalEngineering,Vol6,No5,SeptemberOctober2011,ISSN18276660,pp.26112621.

5. L.Morn, L.Fernandez, J.DixonandR.Wallace, ASimpleand LowCostControlStrategy forActivePowerFiltersConnected inCascade, IEEETrans. Ind.Electron.,vol.44,no.5,pp.621629,Oct.1997.

6. L. Yu; A.Huang, S.Wenchao, S. Bhattacharya and T.Guojun Tan, SmallSignalModelBasedControlStrategy forBalancing IndividualDCCapacitorVoltages inCascadeMultilevel InverterBasedSTATCOM,IEEETrans.Ind.Electron.,vol.56,no.6,pp.22592269,Jun.2009.

7. J.Muoz, J.Espinoza,E.Espinosa,C.Baier,P.Melin, L.Moran andD. Sbrbaro, DesignofaDiscreteTimeLinearControlStrategyforaMultiCellUPQC,IEEETrans.Ind.Electron.,2012,tobepublished.

3. Homero Miranda Vidales. Estudio de Inversores Multinivel con Funciones Ampliadas.Doctoradoen IngenieraElctrica (incluidoenelPadrnNacionaldePosgrados).UASLP,28dejuniode2007,director:Dr.VctorManuelCrdenasGalindo.

8. Ernesto Brcenas Brcenas. Estudio de Rectificadores PWM con Funciones Ampliadas.DoctoradoenCienciasenIngenieraElectrnica,DoctoradoenCienciasenIngenieraElectrnica(incluidoenelPadrnNacionaldePosgrados).CENIDET,31deoctubrede2008,director:Dr.JaimeArauRoffiel,codirector:Dr.VctorManuelCrdenasGalindo.


Tema3:

EliminacindeArmnicosdeCorrientedeAltaFrecuenciaGeneradosporHornosdeInduccinenSistemasIndustriales

Director:Dr.VctorManuelCrdenasGalindo

reas de inters: Calidad de Energa Elctrica, filtros de armnicos, electrnica de potencia, control

digitalIntroduccinLaindustriametalmecnicaes,hoyenda,unasdelasprincipalesactividadesindustrialesenMxico.Existenmuchasempresasnacionalesyextranjerasquesededicanalafabricacindepartesmecnicas,siendolaindustriaautomotrizunadelasprincipalesusuariasyconsumidorasdeestaproduccin.En los proceso de fabricacin de partes automotrices como flechas, cajas de trasmisin, cajas develocidades, sistemas de suspensin, entre otras, los hornos elctricos de induccin son una partefundamentaldelprocesodecalentamientoparadesarrollar la forjay templadodepiezasdeacero.Lamayorade loshornosde induccinde forjadebencalentar laspiezasdeacero (tochos)pormediodecamposmagnticosa temperaturasadecuadas,para realizar la forjaencaliente (1200C)o la forjaentibio (800 C). Una vez calientes, las piezas pueden ser procesadas adecuadamente en prensas concapacidadesde1,000a1,600Tons,aunavelocidaddehasta30pzasporminuto.Paralograrestascapacidadesdeproduccinesnecesarioquelatransferenciadepotenciaelctricaalapiezabajocalentamientoseaptima,aprovechandoelefectopiel(skineffect)delacero,quesepresentaenfrecuenciasdelordende1100Hzparaelprocesodeforja.Lasnecesidadesoperativasdeproduccin se traducenenque loshornosde induccinpara forja sonequiposdemediayaltapotencia(entre500y2,000kVA),ydebenoperarenfrecuenciasdelordende800a2,000Hz,dependiendodeltamaodelapiezaydelapenetracindelascorrientesinducidasporelcampomagntico.Paramejorarlaeficienciaenlatransferenciadeenerga,lamayoradeloshornosoperan en condiciones de resonancia para mantener los campos magnticos en la etapa decalentamientoconunamuyaltacorriente(10,000A).Un horno de induccin est formado fundamentalmente por dos convertidores de electrnica depotencia: un rectificador controlado con salida en corriente, y un inversor alimentado tambin encorriente. Estos convertidores han sido ampliamente explorados como equipos adecuados para elcalentamientodepiezasdeacero,debidoasuproteccinnaturalantecondicionesdecortocircuito.Sinembargo, estos equipos generan considerables niveles de distorsin armnica de corriente en la redelctrica,ydebidoalniveldepotenciaenqueoperan,el impactoen la redes significativo,pudiendoafectarlaoperacindeotrosequiposreduciendolacalidaddesuministroelctrico.Los filtrosactivosypasivosdecorrientesarmnicas sehanempleadocomoestrategiasdemitigacinpara la distorsin armnica de corriente. Otro esquema ampliamente usado es la conexin derectificadores de 12 pulsos, donde a travs del transformador de potencia con doble devanado


secundario(delta/delta/estrella)selogralaatenuaciny/ocancelacindelascorrientesarmnicasmssignificativas:5ay7a.Sin embargo, debido a la operacin del inversor de corriente, la frecuencia de salida del horno deinduccinsereflejacomounaseriedecomponentesarmnicasenlacorrientedeentrada,dereducidamagnitud,peroenunrangodealtafrecuencia(p.e.,1,8002,200Hzparaelhornodeforjaencaliente).Laalta frecuencia,aunadaa la impedanciadelcableadodepotencia,generaunaaltadistorsinenelvoltajedealimentacin,presentndoseaselfenmenodepropagacinarmnicaenaltafrecuenciaqueafectalaoperacindeotrosequiposconectadosalamismareddedistribucin.Losesquemasconvencionalesdeatenuacindecorrientesarmnicascomolosfiltrospasivos,osistemasms sofisticados como los filtros activos, no pueden anular esta distorsin ya que son equipos queoriginalmenteestnorientadosaarmnicosdebajoorden(enfiltrospasivos5,7,11,13)oaunrangodearmnicoscaractersticosmltiplosdelafrecuenciadered(filtrosactivos).ObjetivoElobjetivodeeste trabajode tesises realizarunanlisisdel fenmenoyproponerunasolucinparacancelar armnicos de corriente de alta frecuencia en la alimentacin elctrica de los hornos deinduccin,evitandoaslapropagacinarmnicaymejorandolacalidaddesuministroelctrico.ContribucinLa contribucin del trabajo est enfocada a profundizar en el fenmeno de propagacin armnica,utilizando filtros activos y/o pasivos para la cancelacin de armnicos no caractersticos de altafrecuenciaensistemaselctricos,mejorandolacalidaddesuministroelctrico.

Alcancesyobjetivosparticulares Contarconunanlisisdelageneracindearmnicosenhornosdeinduccin. Determinarelmecanismodepropagacinarmnicaensistemaselctricosdebajaymediatensin. Proponerunesquemaparaeliminarlosarmnicosymejorarlacalidaddesuministroelctrico. Construccinyvalidacinexperimentaldeunprototipodefiltrodearmnicosdebajapotencia.

DuracindeldesarrolloyconocimientosnecesariosEltemadetesisestplanteadoparaserdesarrolladoen15meses; lasherramientasqueelestudiantedeberconocer,oaprenderson:

Electrnicadepotencia:principiosde funcionamientodeconvertidoresCA/CD/CAyrectificadoresPWM(Impartidoencursosdecatlogo).

SimulacinenPSIM,PSPICEdeCadence,ySimulink(Impartidoencursosdecatlogo). Controlbidireccionaldepotencia(Impartidoencursosdecatlogo). Controldigitaldesistemaselectrnicos. Conocimientosdeelectrnicaanalgicayelectrnicadigital.


Ingls(lecturayescrituradedocumentostcnicos).



Diseoyoperacindeconvertidoresdepotencia:30%



1. Anlisisybsquedabibliogrfica.2. Cubrircursosacadmicos.3. Anlisisdelosrectificadoreseinversorescontroladosencorriente.4. Anlisisdelaoperacindehornosdeinduccinparaforjaencaliente.5. Anlisisdelageneracindearmnicosdecorrienteenhornosdeinduccinysupropagacinenla

redelctrica.

6. Estudioysimulacindepropuestasdefiltrosparacancelar lapropagacinarmnicadearmnicosdealtafrecuencia.

7. Diseoyconstruccindeunprototipodelaboratoriodefiltroparacancelacindearmnicosdealtafrecuencia.

8. Escrituradeartculodecongresointernacional.9. Escrituradedocumentosdeavancedetesis,ydeldocumentodetesis.10. Presentacindeavancesdetesis,examenprevioyexamendegrado.

Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago1 X X X X X X X 2 X X X X X X 3 X X X 4 X X X X X 5 X X X X X 6 X X X X 7 X X X X 8 X 9 X X X X X X10 X X X X


Referencias

4. MarcoAntonioContrerasOrdaz.Reduccinde laPropagacinArmnicaenSistemasTrifsicosEmpleandoCompensacinActiva.DoctoradoenCienciasenIngenieraElectrnica(incluidoenelPadrnNacionaldePosgrados).CENIDET,17deagostode2007,director:Dr.HugoCallejaGjumlich,codirector:Dr.VctorManuelCrdenasGalindo.

5. DiegoEspinozaRivelino.Estudiodelfiltroactivoseriepara lacompensacindeldesbalancedetensinensistemastrifsicosdebajatensin.Maestraen IngenieraElctrica, (incluidaenelPadrn Nacional de Posgrados). UASLP, 19 de marzo de 2004, director: Dr. Vctor ManuelCrdenasGalindo.

6. Jos de Jess Lira Prez. Correccin de Factor de Potencia en Sistemas de RectificacinTrifsica.MaestraenIngenieraElctrica,(incluidaenelPadrnNacionaldePosgrados).UASLP,26demarzode2004,director:Dr.VctorManuelCrdenasGalindo.

7. Omar Alejandro Lpez Esquivel. Sistema de Respaldo Elctrico Empleando Supercapacitores,con Capacidad de Filtro activo de Corriente.Maestra en Ingeniera Elctrica, (incluida en elPadrn Nacional de Posgrados). UASLP, 30 de mayo de 2005, director: Dr. Vctor ManuelCrdenasGalindo.

8. CONSULTORIA:EstudiodeCalidaddeEnergaen laPrensaForgemaster.3al23deenerode2008.UASLPGKNS.A.deC.V.Celaya,Guanajuato.

9. CONSULTORIA: Estudio de Calidad de Energa Elctrica en el Sistema de Alimentacin de laPlantadeTratamientodeAguasResiduales.15 deEneroa28deFebrerode2008.UASLPGrupoDesarrolladorLaLoma,SanLuisPotos,SLP:

10. CONSULTORIA:EstudiodeCalidaddeEnergaenlaPrensaNewelco.24deabrilal25demayode2012.UASLPGKNS.A.deC.V.Celaya,Guanajuato.


Modelado y Control de Convertidores Conmutados de CD-CD de 4to

Orden Usando

Tcnicas Difusas.

Dra. Elvia Palacios

Facultad de Ciencias



Antecedentes

Los convertidores conmutados de 4

to orden son topologas de circuitos electrnicos de potencia que resultan

de la interconexin de dos convertidores bsicos de CD-CD para diferentes aplicaciones como son sistemas

de alimentacin con correccin de factor de potencia y regulacin del voltaje de salida o para sistemas de

alimentacin de CD con amplias relaciones de conversin. En la actualidad, los sistemas de alimentacin de

CD requieren de grandes relaciones de transformacin, por ejemplo en sistemas de alimentacin de vehculos

elctricos la tendencia es usar bateras de 42 Vdc. (48Vdc.), sin embargo aun existen una gran nmero de

cargas que requieren niveles de voltaje de alrededor de 6 12 Vcd. Otro ejemplo corresponde al uso de sistemas de iluminacin con LEDS, los cuales son alimentados por bateras o sistemas fotovoltaicos (12Vcd-

48Vcd), en donde es requerido un aumento en el nivel de utilizacin de 150 Vdc aproximadamente.

Esto ha propiciado la generacin de topologas cada vez ms complejas, donde surgen problemas interesantes

desde el punto de vista de control. Ya que en estos convertidores predominan dinmicas de cuarto orden y de

fase no-mnima. Esto resulta en sistemas difciles de controlar debido a las restricciones en el ancho de banda

por la presencia de los ceros del lado derecho en el plano-s (RHP). Adems, la mayora de los modelos

determinsticos propuestos en la literatura son dependientes de su punto de operacin.

Una tcnica no lineal para el control de convertidores CD-CD es el control difuso. Esta tcnica provee una

funcin de retroalimentacin lineal por partes como resultado de un procedimiento de sntesis y por lo tanto

la implementacin es, a priori, ms sencilla que otras estrategias no lineales.

El objetivo del trabajo es desarrollar el modelado convertidores conmutados de 4to

orden usando el mtodo de

Takagi-Sugeno, as como establecer el diseo de controladores que satisfagan las condiciones de regulacin

en el voltaje de salida. El controlador diseado ser implementado usando sistemas de instrumentacin virtual

(LAbView).

reas de inters.- Teora de Control, Electrnica de Potencia, Sistemas Dinmicos, Control Difuso.

E

1L

2L

1C

2C

Q

3D

u1

D

2D

R

OV

E

1L 2L

1C 2CQu

1D

2D

R

OV

3D

(a) (b)

Convertidores conmutados de 4to

orden. (a)* Cuadrtico Reductor y (b)

# Cuadrtico Elevador.

Elvia Palacios, Jorge Alberto Morales-Saldaa y Rodrigo Loera-Palomo,Modelado Difuso T-S de un Convertidor Cuadrtico Reductor de CD-CD, Congreso Nacional de Control Automtico, AMCA 2011, Saltillo, Coahuila, Octubre 2011. J.A. Morales-Saldaa, J. Leyva-Ramos, E.E. Carbajal-Gutierrez and M.G. Ortiz Lopez, A current-mode control scheme for a quadratic buck converter with a single switch, IEEE TRANSACTION ON POWER ELECTRONICS, 2008; 23; 485-490. J. A. Morales-Saldaa, R. Galarza-Quirino, J. Leyva-Ramos, E. E. Carbajal-Gutierrez and M.G. Ortiz-Lopez, Multiloop Controller Design for a Quadratic Boost Converter, IEE PROCEEDING-. ELECTRIC POWER APPLICATIONS. 2007, 1 (3) pp. 362-367.


Anlisis dinmico de convertidores conmutados de alto orden.

.

Dra. Elvia Palacios

Facultad de Ciencias



Antecedentes.- La generacin de nuevas topologas (circuitos) de convertidores conmutados ha sido un tpico

de un gran inters en los ltimos aos. Las aplicaciones ms relevantes de este tipo de convertidores se

encuentran en sistemas de alimentacin usando fuentes renovables de energa (celdas de combustible, energa

solar, etc.), en donde los aspectos de eficiencia, control y desempeo son relevantes. En sistemas de

alimentacin de CD-CD se han desarrollado esquemas tales como convertidores en cascada, cuadrticos,

entrelazados (interleaved), etc., los cuales resultan en sistemas complejos y de alto orden. Sin embargo poco

trabajo se ha hecho en el contexto del comportamiento dinmico de tales sistemas en done se establezca la

estabilidad global, convergencia de las dinmicas alcanzadas. Tales anlisis pueden predecir si las trayectorias

de el error-estado del convertidor convergen a su rbita o no para una condicin inicial arbitraria (sea durante

el arranque o transitorios.) y puede tener un profundo impacto en el comportamiento dinmico del convertidor

conmutado.

La teora de estabilidad en el sentido de Lyapunov es ampliamente utilizada para determinar la

estabilidad de sistemas dinmicos. Sin embargo existen sistemas donde es mejor conocer el tamao de la

regin de estabilidad asinttica para establecer si un sistema es lo suficientemente estable o si se puede

mejorar esta propiedad. Por otro lado existen sistemas que por su naturaleza se consideran inestables pero que

oscilan cerca del estado de equilibrio de tal manera que su desempeo es aceptable. En consecuencia es

necesario un concepto de estabilidad ms adecuado que la estabilidad de Lyapunov. Este concepto se le

conoce como estabilidad practica.

El trabajo de investigacin consiste en realizar el anlisis de algunas topologas de convertidores

conmutados de alto orden en donde se obtendrn las caractersticas de operacin y construccin de prototipos.

Adems se emplearan para realizar el estudio de la estabilidad prctica. Finalmente se realizaran pruebas

experimentales sobre los prototipos construidos. Es importante mencionar que aunque se ha realizado

abundante trabajo sobre aspectos de la dinmica en convertidores conmutados bsicos en la literatura

especializada, el estudio de convertidores de alto orden usando el concepto de estabilidad prctica es

reducido.

reas de inters.- Teora de control, convertidores conmutados, sistemas dinmicos.

SolucionanalticadelSTATCOMenredeselectricas:unenfoqueenlaserie

complejadeFourierPROPUESTADETEMADETESIS

Asesor:JuanSegundoRamrezAntecedentes

El modelado del compensador esttico (STATCOM) es y ha sido un tema ampliamente tratado

y analizado mediante la teora de circuitos. Sin embargo, estos modelos son inapropiados e

ineficientes en una amplia rea de aplicaciones tales como los estudios de calidad de la

energa en redes elctricas, diseo de componentes pasivos en convertidores, diseo de

sistemas de control, solucin de flujos de potencia, anlisis de resonancias, etc. Por lo

anterior, es necesario y justificable el desarrollo de eficientes modelos matemticos

orientados a resolver algunos de los problemas recin mencionados.

Propuesta

Desarrollar un modelo matemtico del STATCOM en trminos de la serie compleja de Fourier

para estudios de propagacin armnica, flujos armnicos de potencia, anlisis de resonancias

y diseo y sintonizacin de sus sistemas de control.

Objetivo general

Desarrollar un eficiente modelo matemtico del STATCOM en trminos de la serie compleja

de Fourier.

Objetivos particulares

1. Analizar y caracterizar la propagacin armnica en redes elctricas con

compensadores estticos (STATCOMs).

2. Analizar fenmenos de resonancia en redes elctrica con STATCOMs.

3. Realizar estudios de flujos armnicos de potencia en redes elctricas con STATCOMs.

4. Clculo de soluciones de estado estacionario de redes elctricas con STATCOMs.

Actividades

1. Revisin del estado del arte en modelado del STATCOM.

2. Analizar por medio de simulaciones ventajas y desventajas de diferentes modelos

propuestos del STATCOM: modelos promediados, modelos basados en el switch

ideal y modelos usando representaciones detalladas de los semiconductores.

3. Desarrollo del modelo del STATCOM mediante la serie compleja de Fourier con

coeficientes dinmicos.

4. Formulacin del problema de propagacin armnica.

5. Formulacin del problema de resonancia.

6. Formulacin del problema de flujos armnicos de potencia.

7. Formulacin del problema del clculo de soluciones de estado estacionario.

8. Casos de estudio usando el modelo y formulaciones desarrolladas.

9. Validacin de los resultados obtenidos por comparacin con los resultados

obtenidos por algn simulador comercial como Simulink, PSCAD, ATP, entre otros.

10. Escritura de un artculo de revista indizada por el Journal Citation Reports.

11. Escritura de tesis.

12. Examen de grado.

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES Actividad junjul agosep octnov dicene febmar abrmay junjul ago

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Formulacin de un nuevo dominio armnico para el modelado, anlisis, diseo y control de redes elctricas PROPUESTA DE TEMA DE TESIS

Asesores: Juan Segundo Ramrez Jess Lira Prez

Antecedentes En el anlisis de la dinmica de redes elctricas en el dominio del tiempo, el uso de paquetes computacionales juega un papel muy importante. Diferentes programas son usados alrededor del mundo, entre estos tenemos al EMTP, PSCAD/EMTDC, Pspice, SABER, NETOMAC, etc. Alternativamente al dominio del tiempo, se ha introducido una tcnica en el dominio armnico para estudiar la evolucin dinmica de las componentes armnicas de las variables de estado de sistema elctricos. La tcnica del dominio armnico extendido trasforma un sistema lineal variante en el tiempo, en un sistema lineal invariante en tiempo (LTI), lo que abre la posibilidad de utilizar la teora de control y mtodos de anlisis desarrollados para sistemas LTI.

Propuesta Formular el dominio armnico extendido usando la serie de Fourier con coeficientes reales para propsitos de control, modelado, anlisis y diseo de redes elctricas lineales y variantes en el tiempo.

Objetivo general Desarrollar una nueva formulacin en el dominio armnico extendido.

Objetivos particulares 1. Formular los operadores de transformacin del dominio armnico

en sistemas lineales variantes en tiempo descritos por representaciones de espacio de estado.

2. Aplicar los operadores de transformacin en diferentes casos de estudio para ejemplificar la tcnica propuesta.

Actividades 1. Revisar el estado del arte del dominio armnico. 2. Representar diferentes casos de estudio en el dominio

armnico extendido. 3. Reformular el dominio armnico extendido usando series de

Fourier con coeficientes constantes. 4. Aplicacin del dominio armnico propuesto a diferentes casos

de estudio. 5. Validacin de los resultados obtenidos por comparacin con

los resultados obtenidos por algn simulador comercial como Simulink, PSCAD, ATP, entre otros.

6. Escritura de un artculo de revista indizada por el Journal Citation Reports.

7. Escritura de tesis. 8. Examen de grado.

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES Actividad jun-jul ago-sep oct-nov dic-ene feb-mar abr-may jun-jul ago

1 2 3 4 5 6 7 8

Referencias [1]. Sanders, S.R.; Noworolski, J.M.; Liu, X.Z.; Verghese, G.C.; , "Generalized averaging

method for power conversion circuits," Power Electronics, IEEE Transactions on , vol.6, no.2, pp.251-259, Apr 1991

[2]. Rico, J.J.; Madrigal, M.; Acha, E.; , "Dynamic harmonic evolution using the extended harmonic domain," Power Delivery, IEEE Transactions on , vol.18, no.2, pp. 587- 594, April 2003

[3]. J. Segundo-Ramrez and A. Medina, Computation of the steady-state solution of

nonlinear power systems by extrapolation to the limit cycle using a discrete exponential expansion method, Int. J. Nonlinear Sci. Numer. Simul., vol. 11, no. 8, pp. 655660, Aug. 2010.

[4]. J. Segundo-Ramrez and A. Medina, An enhanced process for the fast periodic steady

state solution of nonlinear systems by Poincar map and extrapolation to the limit cycle, Int. J. Nonlinear Sci. Numer. Simul., vol. 11, no. 8, pp. 661670, Aug. 2010.

[5]. Ramirez, Abner "The Modified Harmonic Domain: Interharmonics", IEEE

Transactions on Power Delivery, Volume.26, Issue.1, pp.235, 2011

[6]. Garca, H. Madrigal, M. Vyakaranam, B. Rarick, R. Villaseca, F.E. "Dynamic companion harmonic circuit models for analysis of power systems with embedded power electronics devices", Electric Power Systems Research, Volume 81, Issue.2, pp.340, 2011

PROPUESTA DE TEMA DE TESIS DE MAESTRA MODELO DE OPTIMIZACIN PARA EL DISEO DE UN CARGADOR DE BATERAS TRIFSICO CON RESTRICCIONES DE NORMA Asesores: Dres. Juan Segundo Ramrez

Ciro Alberto Nez Gutirrez Introduccin El equipo de instrumentacin y control de una subestacin es de principal importancia en el funcionamiento de la misma. Acorde con lo anterior, tener un cargador de bateras que permita tener un suministro confiable de energa, con los parmetros solicitados por las normas nacionales y que adems garantice aprovechar la vida til de las bateras, es un factor indispensable para la operatividad del equipo de control de la subestacin. Existen normas y recomendaciones nacionales cuyas guas principales son la Comisin Federal de Electricidad y Petrleos Mexicanos. Dentro de estas normas, existen parmetros de desempeo muy puntuales que, por la naturaleza del sistema y la exigencia de la norma se deben satisfacer. Debido a lo anterior, la formulacin de un modelo de optimizacin con restricciones de norma para el diseo de los parmetros del cargador de bateras es objeto de estudio del tema de tesis propuesto. Objetivo general: Formular el modelo de optimizacin para diseo ptimo de componentes pasivos en cargadores de bateras considerando restricciones asociadas a las normas y recomendaciones de CFE y Petrleos Mexicanos.

Objetivos particulares: 1. Formular el modelo de optimizacin considerando las

recomendaciones de CFE. 2. Formular el modelo de optimizacin considerando las

recomendaciones de Petroleos Mxicanos. 3. Escribir un programa general con interfaz grfica para

el diseo del cargador de bateras con base en las dos formulaciones anteriores.

Calendario de Actividades

1. Revisin del estado del arte en modelado de cargadores de bateras para subestaciones elctricas.

2. Analizar los efectos de los disturbios en la red en el voltaje y corriente del lado de cd del cargador de bateras

3. Formular el modelo de optimizacin. 4. Validar con casos de estudio las soluciones obtenidas

en actividad 3. 5. Crear una interfaz grfica para el diseo ptimo de

cargadores de bateras. 6. Escritura de un artculo de revista indizada en el

Journal Citation Reports. 7. Escritura de tesis. 8. Examen de grado.

Actividad jun-jul ago-sep oct-nov dic-ene feb-mar abr-may jun-jul ago 1 2 3 4 5 6 7 8

REFERENCIAS [1] Especificacin de la Comisin Federal de Electricidad V7200-48 de Agosto 2008 [2] Especificacin de Petrleos Mexicanos NRF-196-PEMEX-2008 de Mayo 2008

[3] H. A. Kiehne, Bettery Technology Hanbook, Edit. Dekker, 1989 [4] M. A. S. Maosoum, S. M. M. Badejani, E. F. Fuchs, Microprocessor-Controlled New Class of Optimal Battery Chargers for Photovoltaic Applications, IEEE Trans. On Energy Conversion, vol. 19, No. 3, pp 599-606, sept 2004 [5] S. Duryea, W. Lawrence, A Battery Management System for Stand-Alone Photovoltaic Energy Systems, IEEE Industry Applications Magazine, May-June 2001, pp 67-72. [6] Electronics Power Supply and Battery Charger Circuit Encyclopedia.

PROPUESTA DE TESIS 2012_Dr Emilio GonzalezPROPUESTA DE TESIS 2012_Dr. Homero MirandaPROPUESTA DE TESIS 2012_Dr. Jorge A. MoralesPROPUESTA DE TESIS 2012_Dr. Ricardo lvarezPROPUESTA DE TESIS 2012_Dr. Vctor CrdenasPROPUESTA DE TESIS 2012_Dra_Palacios_Dr._MoralesPROPUESTAS DE TESIS 2012_Dr. Juan Segundo

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Propuestas de Tesis 2012