Alumno

Ricardo Sierra Rivera

   »  Generación: Septiembre2009
   »  Grado: Maestría en Ingenieria Electrica
   »  Asesor: Víctor Manuel Cárdenas Galindo
   »  Línea de Investigación: Control Automático
sierra.rivera.ricardogmail.com | Webpage | Currículum

NOMBRE DE TESIS
Operación de Convertidores BTB en Redes Eléctricas con Perturbaciones: Estudio en Sistemas de Cogeneración Eléctrica

RESUMEN:

Desde los inicios del siglo XX se ha buscado implementar sistemas eficientes para la generación de energía eléctrica, transmisión, distribución y consumo. Uno de los grandes retos en la historia de los sistemas eléctricos es que sean altamente eficientes, menos costosos, seguros y robustos ante perturbaciones. La amplia distribución de recursos de los gobiernos hacia los desarrollos científicos y tecnológicos ha ayudado a que los sistemas eléctricos tengan mayor relevancia. Para lograr que se cumpla el requisito de que un sistema eléctrico sea eficiente, se han desarrollado diversos dispositivos eléctricos y electrónicos. Una de las grandes revoluciones en el desarrollo de sistemas electrónicos fue la invención del rectificador de arco de mercurio, posteriormente el transistor de silicio y el rectificador controlado de silicio (SCR), que por más de la mitad del siglo XX hicieran un gran trabajo en sistemas eléctricos con equipos de electrónica de potencia. Con el desarrollo de los dispositivos de electrónica de potencia se ha buscado que los equipos tengan una respuesta dinámica más rápida, siendo el IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor, por sus siglas en inglés) un dispositivo óptimo para el manejo de energía ya que puede manejar altos niveles de potencia y frecuencias de conmutación elevadas. En la actualidad con la gran cantidad de técnicas y dispositivos eléctricos que se encuentran en el mercado, se ha presentado el reto de aprovechar de mejor manera los recursos naturales para evitar la contaminación global debido a la quema de combustibles fósiles. De acuerdo a esto, se desarrollan sistemas de generación eléctrica en los cuales el impacto ecológico es menor, tales como los sistemas de hidrogeneración, los sistemas de energía solar y sistemas de generación eólica, por mencionar los más representativos y que han causado gran impacto en la capacidad instalada en la última década. En este nuevo incremento de las energías renovables y en particular en la energía eólica, en donde se ha elevado el número de granjas eólicas con diferentes tipos de generadores y diferentes convertidores interconectados entre ellos, se ha visto la necesidad de estudiar las fallas eléctricas más comunes y cómo es el impacto en el convertidor interconectado al generador, tratando de buscar soluciones en el que el impacto de este tipo de perturbaciones no generen un costo elevado en el mantenimiento o cambio de los dispositivos que en su momento se puedan dañar. En este trabajo se presenta la problemática que se tiene con los sistemas eólicos y particularmente el comportamiento del convertidor CA/CD/CA acoplado a una máquina doblemente alimentada y el comportamiento del convertidor ante desbalances de tensión. En la primera etapa se estudia el convertidor CA/CD/CA, analizando su región de operación y el dimensionamiento de los elementos pasivos; además se determinan los modelos en el marco de referencia “abc” a partir del modelo promedio y el modelo en el marco de referencia “dq”. Una de las premisas de esta primera etapa es que el convertidor debe operar en la región lineal, lo cual hace que los objetivos de control se cumplan de manera más sencilla. En la segunda etapa se hace un estudio de las diferentes perturbaciones de la red eléctrica principalmente de las caídas de tensión. De acuerdo a esto, se presenta el comportamiento del convertidor CA/CD/CA en estado estable en condiciones normales de operación y posteriormente el estudio del convertidor ante una caída de tensión trifásica sostenida, siendo de las condiciones más problemáticas en la red eléctrica. En esta misma etapa, se propone una estrategia de control que resuelva este tipo de desbalances de tensión con la premisa de que el flujo de potencia se mantenga constante a pesar de la caída de tensión. En la tercera sección de este trabajo se presenta un estudio general de las máquinas eléctricas y la máquina doblemente alimentada presentando además, cómo es la transferencia de potencia entre el convertidor, la máquina de inducción y la red eléctrica. Finalmente, en la cuarta sección se presentan algunos resultados experimentales con un convertidor CA/CD/CA desarrollado en el Laboratorio de Calidad de Energía Eléctrica y Control de Motores, aplicando diferentes desbalances de tensión en el convertidor CA/CD/CA utilizando como tarjeta de adquisición de datos dSPACE® CP 1103 a través de MATLAB/simulik® validando las técnicas de control propuestas.