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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.
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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.
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Propuesta de Tema de Tesis de Maestra en Ingeniera Elctrica
Opcin: Control Automtico
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
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Propuesta de Tema de Tesis de Maestra en Ingeniera Elctrica
Opcin: Control Automtico
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.
El tema de tesis est planeado para realizarse en 12 meses.
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Propuesta de Tema de Tesis de Maestra en Ingeniera Elctrica
Opcin: Control Automtico
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.
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Propuesta de Tema de Tesis de Maestra en Ingeniera Elctrica
Opcin: Control Automtico
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.
El tema de tesis est planeado para realizarse en 12 meses.
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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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(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.
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PROPUESTA DE TRABAJO DE TESIS
Estudio de convertidores CD-CD para sistemas de energa
renovables
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).
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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(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.
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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.
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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.
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Dr.VctorM.CrdenasGalindo 2
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:
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Dr.VctorM.CrdenasGalindo 3
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
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Dr.VctorM.CrdenasGalindo 4
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.
-
Dr.VctorM.CrdenasGalindo 5
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).
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Dr.VctorM.CrdenasGalindo 6
SimulacinenPSIM,PSPICEdeCadence,ySimulink(Impartidoencursosdecatlogodelposgradoenelctrica).
Controlbidireccionaldepotencia(Impartidoencursosdecatlogodelposgradoenelctrica).
Controldigitaldesistemaselectrnicos.
Conocimientosdeelectrnicaanalgicayelectrnicadigital.
ProgramacindeDSP. Ingls(lecturayescrituradedocumentostcnicos).
EltrabajosedesarrollarenelLaboratoriodeCalidaddeEnergaElctricayControldeMotores,yel
financiamientodelprototiposerconcargoalosproyectosdelasesor.
ActividadesycalendariopropuestoLadistribucindeltrabajoserdelasiguienteforma:
Aspectosdesimulacinymodelado:50%
DiseoypuestaenoperacindelconvertidorBTB:25%
Evaluacinexperimental:25%
Lasactividadesconsideradasson:
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
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Dr.VctorM.CrdenasGalindo 7
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.
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Dr.VctorM.CrdenasGalindo 8
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
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Dr.VctorM.CrdenasGalindo 9
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.
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Dr.VctorM.CrdenasGalindo 10
Ingls(lecturayescrituradedocumentostcnicos).
ActividadesycalendariopropuestoLadistribucindeltrabajoserdelasiguienteforma:
Aspectosdesimulacinymodelado:40%
Diseoyoperacindeconvertidoresdepotencia:30%
Evaluacinexperimental:30%
Lasactividadesconsideradasson:
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
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Dr.VctorM.CrdenasGalindo 11
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.
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PROPUESTA DE TRABAJO DE TESIS
Modelado y Control de Convertidores Conmutados de CD-CD de
4to
Orden Usando
Tcnicas Difusas.
Dra. Elvia Palacios
Facultad de Ciencias
Dr. Jorge Alberto Morales Saldaa
Facultad de Ingeniera
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.
-
PROPUESTA DE TRABAJO DE TESIS
Anlisis dinmico de convertidores conmutados de alto orden.
.
Dra. Elvia Palacios
Facultad de Ciencias
Dr. Jorge Alberto Morales Saldaa
Facultad de Ingeniera
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