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Análisis de la factibilidad de realizar carga vehicular lenta utilizando un inversor comercial y paneles solares
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2026-06) Pandelara Elgueta, Fernanda Jesús; Lezana Illesca, Pablo Andrés; Departamento de Ingeniería Eléctrica; Norambuena Valdivia, Margarita Andrea
El presente trabajo evalúa la factibilidad de realizar carga vehicular lenta utilizando un inversor comercial DC/DC/AC alimentado desde un arreglo fotovoltaico de escala doméstica, sin recurrir a equipamiento especializado ni sistemas de almacenamiento de gran capacidad. El estudio abarca el análisis de la electrónica de potencia involucrada, el diseño e implementación de un modelo de simulación y la validación experimental del sistema bajo condiciones reales de operación. Se realizó una inspección física del inversor Axpert VP 2000-24 con el fin de identificar sus topologías internas, verificándose la presencia de un convertidor elevador DC/DC con MPPT integrado y un inversor monofásico en puente H con filtro LC de salida. A partir de este análisis, se desarrolló un modelo eléctrico equivalente implementado en PLECS, que integra el arreglo fotovoltaico modelado mediante el circuito de diodo único, el convertidor boost controlado mediante el algoritmo Perturb & Observe, un bus DC representado por un condensador de alta capacidad (C = 10 F, V₀ = 400 V) para emular el comportamiento de una batería y el inversor en puente H con control PI en cascada y modulación PWM unipolar. Los resultados de simulación confirmaron que el sistema es capaz de entregar 1975,2 W a una carga resistiva equivalente al consumo de un cargador de vehículo eléctrico, con una tensión de salida de 220,36 Vrms y un error de regulación inferior al 0,2 %. El balance de potencia arrojó una eficiencia global de 99,88 %. En este escenario, el arreglo fotovoltaico aportó apenas el 5,41 % de la energía total (107,1 W de 1977,5 W), siendo el condensador del bus DC la fuente principal de energía por diseño, ya que la lógica del sistema consiste en transferir la energía solar acumulada en el bus DC hacia la carga a través del inversor y no en alimentar la carga directamente desde los paneles en tiempo real. La validación experimental se realizó en dos etapas(...).
Análisis del comportamiento de sistemas de generación fotovoltaica ante fallas internas y externas.
(2022-08-18) Fernández Vásquez, Susana Angélica; Lezana Illesca, Pablo Andrés; Universidad Técnica Federico Santa María. Departamento de Ingeniería Eléctrica; Pulido Venegas, Esteban Samuel
Chile está experimentando un aumento en la potencia instalada de la generación solar fotovoltaica, dado el gran potencial solar que posee el territorio en el norte y centro del país. Lo anterior se sustenta en la crisis climática que afecta al planeta y en la continua búsqueda de generar energía eléctrica de una forma amigable con el medio ambiente, preservando la calidad y seguridad del suministro eléctrico hacia los consumidores. Este importante cambio, hace necesario contar con estudios y análisis que permitan verificar si estos sistemas de generación fotovoltaicos están operando acorde a los estándares de seguridad definidos para el Sistema Eléctrico Chileno en los diferentes niveles de generación. Para ello, se debe estudiar el comportamiento antes, durante y después de las fallas, dado que estas contingencias pueden poner en riesgo el funcionamiento del Sistema Eléctrico Nacional (SEN), llegando a situaciones catastróficas si es que no se tratan de forma adecuada. En este contexto, este trabajo describe los componentes principales de los sistemas de generación fotovoltaica tanto a gran como a mediana escala, con el fin de compararlos y recolectar la normativa y marco regulatorio aplicable, además de los parámetros y requisitos que deben cumplir tanto los parques fotovoltaicos de gran escala como los sistemas de generación distribuida, en diferentes condiciones de operación. Usando datos públicos proporcionados por los Estudios de Análisis de Falla (EAF) disponibles en el sitio web del Coordinador Eléctrico Nacional (CEN), se analizó el comportamiento de parques fotovoltaicos ante fallas reales, durante el periodo abarcado entre los años 2017 y 2021, de lo cual se recaudaron 11 EAF relacionados con fallas internas y externas que influían en centrales fotovoltaicas, donde bajo los parámetros definidos por la NTSyCS [1] se fiscalizó el cumplimiento de esta normativa, obteniendo que de todas las centrales analizadas, sólo la central PFV Puerto Seco Solar cumplía con todos los artículos evaluados en este trabajo. Con los datos de monitoreo a sistemas de generación distribuida tipo Net Billing otorgados por una empresa del rubro de operación y mantenimiento para este tipo de sistemas, se analizaron las fallas registradas en 5 diferentes proyectos de hasta 300 kW, en instalaciones tanto en suelo como en techo. Estos datos se obtuvieron de la plataforma SolarWeb de los inversores instalados, permitiendo el tratamiento y análisis de ellos en tiempo real. Lo anterior, hizo posible obtener las posibles causas de las perturbaciones y recomendar acciones correctivas. Dentro de los casos de alerta, se encontraron fallas por: sobrecalentamiento del inversor, sobretensión, subtensión y error de aislamiento. Finalmente, con la información recopilada, se compararon los diferentes sistemas en cuanto a sus componentes, normativas y reglamentos aplicables, y su comportamiento ante las fallas analizadas. De lo anterior, se evidencia que es necesario tener en cuenta la escala del sistema SFV 2 fotovoltaico, su ubicación geográfica y su tipo de conexión, para poder llevar a cabo un adecuado diseño de éste. A medida que la escala es mayor, se complejiza el análisis de las fallas, dado que se debe verificar una serie de artículos definidos por la NTSyCS, junto a la evaluación de la operación de los sistemas de protección y como éstos se relacionan con el resto del SEN.
Análisis técnico de convertidor resonante en serie Buck–Boost de potencia parcial y red Z-Source para generación fotovoltaica
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2026-03) Rojas Pezo, Abraham Isaac; Lezana Illesca, Pablo Andrés; Departamento de Ingeniería Eléctrica; Norambuena Valdivia, Margarita Andrea
La transición hacia sistemas energéticos más sostenibles y eficientes se ha consolidado como uno de los principales desafíos tecnológicos y ambientales a nivel mundial. En este contexto, la generación de energía eléctrica a partir de fuentes renovables, en particular la Energía solar fotovoltaica, ha experimentado un crecimiento sostenido durante las últimas décadas, impulsado por la disminución de los costos de los paneles, el desarrollo de nuevas tecnologías de conversión de potencia y la necesidad de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Sin embargo, la naturaleza intermitente de la irradiancia solar y la dependencia del rendimiento fotovoltaico de condiciones ambientales variables, tales como la temperatura y la radiación incidente, imponen exigencias significativas sobre los sistemas electrónicos encargados de la conversión y gestión de la energía generada. En los sistemas fotovoltaicos modernos, los convertidores electrónicos de potencia desempeñan un rol fundamental, ya que permiten adaptar los niveles de tensión y corriente entregados por los paneles a los requerimientos de las cargas, los sistemas de almacenamiento o las redes eléctricas. Asimismo, estos convertidores deben garantizar una operación eficiente, confiable y robusta frente a variaciones abruptas de las condiciones de operación, maximizando en todo momento la energía extraída desde el generador fotovoltaico. En este escenario, la eficiencia energética, la reducción de pérdidas y la densidad de potencia se han convertido en criterios de diseño prioritarios para las topologías de conversión DC–DC empleadas en aplicaciones fotovoltaicas. Dentro de las distintas arquitecturas propuestas, los convertidores resonantes han adquirido un protagonismo creciente en el ámbito de la electrónica de potencia, especialmente en aplicaciones de media y alta frecuencia. Su capacidad para operar bajo condiciones de conmutación suave (soft switching) permite reducir significativamente las pérdidas por conmutación y el estrés electromagnético sobre los dispositivos semiconductores, favoreciendo el uso de frecuencias de operación elevadas y, en consecuencia, la reducción del tamaño de los componentes pasivos. En particular, el convertidor resonante en serie se caracteriza por su simplicidad estructural, su comportamiento senoidal de la corriente y su buen desempeño en términos de compatibilidad electromagnética, lo que lo convierte en una alternativa atractiva para sistemas de generación fotovoltaica. No obstante, el convertidor resonante(...).
Análisis técnico-económico de un sistema de extracción de agua ambiental alimentado por energía fotovoltica con prueba piloto en Taltal
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-10) Moro Quezada, Camila Paz; Lezana Illesca, Pablo Andrés; Departamento de Ingeniería Eléctrica; Norambuena Valdivia, Margarita Andrea
La crisis hídrica es un problema creciente en diversas regiones del mundo, y la comuna de Taltal no es la excepción. Con precipitaciones prácticamente nulas y una disponibilidad limitada de fuentes de agua para riego y consumo, es una tarea fundamental buscar alternativas sostenibles para la obtención de agua. En este contexto, la presente memoria propone un análisis técnico-económico de un sistema de extracción de agua ambiental alimentado por energía fotovoltaica. El objetivo principal es evaluar la factibilidad técnica y económica de implementar un sistema de deshumidificación fotovoltaica en Taltal, aprovechando el microclima único que tiene el sector para generar agua apta para regadío. Para ello, se analizarán datos climáticos de la zona, incluyendo temperatura, humedad relativa y radiación solar, se estudiará la capacidad del deshumidificador TTK27 para extraer agua bajo distintas condiciones climáticas monitoreando de forma continua su consumo de potencia y se dimensionará el sistema fotovoltaico que sea capaz de garantizar la autonomía energética del sistema de forma amigable con el medioambiente. Metodológicamente, el estudio abarcará una evaluación integral del sistema, donde se verificará la capacidad del deshumidificador para extraer agua de forma continua y se realizará un análisis de costos y beneficios para determinar su viabilidad económica. Adicionalmente, se llevará a cabo una prueba piloto del sistema integrado en una comunidad rural de agricultores en Taltal para evaluar el desempeño del sistema en condiciones reales. Los resultados esperados incluyen la cuantificación de la producción de agua, la eficiencia del sistema y una comparación entre costos y beneficios asociados a su implementación. De confirmarse su viabilidad, este proyecto podría ofrecer una solución innovadora y sostenible para mitigar la escasez de agua que enfrentan los pequeños agricultores en la región, sentando las bases para futuras aplicaciones en zonas con características climáticas similares. Se espera que este estudio contribuya al desarrollo de tecnologías limpias y eficientes en el ámbito de la energía renovable y que sea un paso para la agricultura sostenible en pequeñas comunidades agrícolas afectadas por la sequía y la escasez hídrica.
Análisis y modelado de un motor sincrónico para molienda SAG: evaluación de eventos y fallas mediante simulación computacional
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-09-15) Vásquez Flores, Rodrigo Alejandro; Lezana Illesca, Pablo Andrés; Departamento de Ingeniería Eléctrica; Juliet Avilés, Jorge Andrés
Este trabajo presenta el modelado, simulación y análisis dinámico del sistema que compone el accionamiento de una máquina sincrónica de doble estator para aplicaciones de molienda en la minería, mediante la herramienta de simulación PLECS. El objetivo principal es implementar un modelo representativo de la máquina, considerando sus ecuaciones eléctricas y mecánicas, con el fin de evaluar su comportamiento ante diferentes condiciones de operación. Se aborda el desarrollo del modelo matemático de la máquina a partir de las ecuaciones de tensión en coordenadas rotatorias más la ecuación mecánica de la máquina. El sistema es implementado en forma modular mediante diagramas de bloques, facilitando la validación por secciones y la comprensión de cada subsistema. El modelo es sometido a diversas pruebas de simulación, incluyendo un evento de caída de tensión de campo, con el fin de evaluar el desempeño dinámico del control. Se analizan variables clave como tensiones y corrientes de fase, variables de control del sistema y variables mecánicas como la velocidad, torque eléctrico y torque de carga. Los resultados permiten estudiar el comportamiento físico del sistema ante perturbaciones, así como observar la interacción entre las variables eléctricas y mecánicas. Esto validado por la comparación de datos empíricos de planta.
Construcción de inversor trifásico tipo Active Neutral Point Clamped de cinco niveles
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2024-10-02) Mena Ahumada, José Miguel Ignacio; Departamento de Ingeniería Eléctrica; Norambuena Valdivia, Margarita Andrea; Lezana Illesca, Pablo Andrés
La presente memoria de titulación tiene por finalidad la construcción y validación de un prototipo de laboratorio del inversor trifásico de cinco niveles tipo Active Neutral Point Clamped (ANPC-5L) desarrollado en el Laboratorio de Investigación de Accionamientos Eléctricos (LIAcE). Esta memoria consta de tres etapas. La primera consiste en presentar el marco teórico en el que se basa el prototipo de laboratorio del inversor a construir. La segunda etapa es un análisis del inversor 5L-ANPC y la simulación de éste mediante el software Plecs bajo los dos métodos de modulación empleados en el inversor. La tercera y última etapa consiste en la construcción en el laboratorio y su validación experimental utilizando plataforma de control Digital DSP+FPGA (Digital Signal Processor + Field Programmable Gate Array). Se implementa en el inversor una modulación híbrida basada en ancho de pulsos, Pulse Width Modulation (PWM), i) tipo Phase-Shift PWM (PS-PWM) y ii) Level-Shifted PWM (LS-PWM). En ella se emplean dos métodos distintos de modulación: Min-Max e inyección de tercera armónica; Third Harmonic Inyection PWM (THIPWM). Para el balance de los capacitores se comprueba el balance natural de éstos mediante las modulaciones implementadas. La validación experimental se realiza según los resultados de simulación y los obtenidos de forma experimental. Los resultados experimentales indican que en ambos métodos se cumple con el balance natural del inversor y que, además, ambas modulaciones poseen resultados similares. Para la mayor parte de los casos el método Min-Max presenta un menor THD de corriente que THIPWM.
Construcción y estudio de desempeño de un convertidor de potencia parcial DC-DC de topología Boost
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2026-05-05) Muñoz Hauenstein, Joaquín Ernesto; Norambuena Valdivia, Margarita Andrea; Departamento de Ingeniería Eléctrica; Lezana Illesca, Pablo Andrés
El presente trabajo aborda el diseño, simulación y construcción de un convertidor DC-DC Boost de potencia parcial en configuración interleaved, así como el análisis comparativo de su desempeño frente a un convertidor Boost de potencia completa, considerando su alimentación desde un sistema fotovoltaico. Los resultados teóricos indican que, para un mismo punto de operación, las corrientes y tensiones medias en inductores, MOSFETs y diodos son equivalentes en ambas topologías, lo que conduce a los mismos niveles de eficiencia bajo las mismas condiciones. Estos resultados fueron validados mediante simulaciones y corroborados parcialmente de forma experimental, donde la menor idealidad del simulador fotovoltaico provocó mayores oscilaciones en Vin e Ipv, reduciendo levemente la eficiencia del convertidor de potencia parcial frente al de potencia completa. A partir del análisis realizado, se concluye que, en aplicaciones fotovoltaicas, resulta preferible el uso de topologías de potencia completa, ya que permiten minimizar las variaciones de ΔVin y las oscilaciones en la corriente fotovoltaica, las cuales pueden afectar el desempeño de algoritmos de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT). No obstante, la topología de potencia parcial puede ser beneficiosa en aplicaciones donde el convertidor es alimentado por una fuente cercana a una fuente ideal de tensión o, si se está usando una configuración interleaved, en aplicaciones en las que se trabaja cerca de D = 0.5. De esta manera, se tiene la ventaja de mantener los mismos niveles de eficiencia que en un Boost de potencia completa, al mismo tiempo que se puede dimensionar más pequeño el capacitor de salida, sin penalizar ΔVin.
Control de una máquina de reluctancia conmutada alimentada por un inversor híbrido multinivel de capacitores flotantes
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2026-01-12) Vargas Hurtubia, Maximiliano; Angulo Cárdenas, Alejandro Alberto; Departamento de Electricidad; Lezana Illesca, Pablo Andrés
En este trabajo se desarrolla, implementa y valida un esquema de control predictivo de conjunto finito (FCS–MPC) aplicado a una máquina de reluctancia conmutada (SRM) alimentada por un inversor híbrido multinivel de capacitores flotantes (HFCI). El estudio integra el modelado discreto del inversor, la predicción de las variables eléctricas relevantes y la ejecución en tiempo real del algoritmo de control en una plataforma digital. El inversor HFCI, que combina un capacitor flotante con tres convertidores de puente asimétrico, permite disponer de múltiples niveles de tensión, mejorando la calidad de las formas de onda respecto al convertidor tradicional de puentes asimétricos (ABC). Sin embargo, el elevado número de estados posibles del HFCI incrementa significativamente la carga computacional del controlador predictivo. Para viabilizar su implementación en tiempo real, se aplican simplificaciones basadas en el comportamiento eléctrico de la SRM y se optimiza el proceso de evaluación de estados dentro del horizonte de predicción. A partir de los modelos discretos de la máquina y del inversor, se diseña un controlador FCS–MPC capaz de predecir el comportamiento futuro del sistema y seleccionar, en cada instante de muestreo, el estado de conmutación que minimiza una función de costo orientada al seguimiento del flujo enlazado y al balance de los capacitores flotantes. Se realizan simulaciones comparativas entre el inversor HFCI y el inversor ABC, evidenciando que el HFCI reduce el rizado de corriente y mejora la forma de onda de la tensión aplicada a la máquina. Finalmente, el esquema de control se implementa experimentalmente en un banco de ensayos que incorpora la SRM acoplada a una máquina de inducción operando como carga. Los resultados experimentales confirman las tendencias observadas en simulación: el HFCI reduce la corriente máxima y el rizado de torque en comparación con el inversor ABC. No obstante, en el seguimiento de flujo ambos inversores presentan un desempeño experimental similar, atribuible a las limitaciones propias del entorno experimental. En conjunto, los resultados validan el potencial del HFCI como una topología adecuada para el control predictivo de máquinas de reluctancia conmutada y establecen una plataforma experimental sólida para futuras investigaciones.
CONTROL DUAL APLICADO A UN CONVERTIDOR MULTINIVEL FLYING CAPACITOR
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2013) Norambuena Valdivia, Margarita A.; Departamento de Ingeniería Eléctrica; Lezana Illesca, Pablo Andrés; Juliet Avilés, Jorge Andrés; Aguilera Echeverría, Ricardo P.
En la actualidad existen diversas técnicas de control empleadas en convertidores de potencia. Dentro de estas técnicas el Control Predictivo basado en Modelo (MPC, del inglés: Model Predictive Control) ha emergido como una prometedora técnica de control. A lo largo de las últimas décadas han sido propuestos diferentes enfoques del control predictivo para manejar convertidores de potencia, mostrando que estos métodos presentan ciertas ventajas cuando se les compara con el tradicional esquema de control lineal con Modulación de Ancho de Pulsos (PWM, del inglés: Pulse-Width Modulation). La principal ventaja de los esquemas MPC es su simplicidad conceptual, el sencillo tratamiento de no-linealidades y su capacidad de controlar sistemas multivariables con una estructura simple en su formulación. Dado que el control predictivo depende fuertemente del modelo del sistema empleado, puede presentar problemas de robustez frente a cambios y errores de modelado del sistema, además de presentar, en general, un error no nulo en estado estacionario. Por otro lado, las estrategias tradicionales de control lineal presentan una alta ganancia a las frecuencias de interés, asegurando error estacionario cero incluso ante errores en el modelo. Uno de los principales inconvenientes de ciertas estrategias MPC para convertidores de potencia, es su actuación en el domino de la frecuencia, la cual se encuentra ampliamente esparcida, esto puede excitar resonancias no modeladas y dificultar alguna acción de filtrado para reducir el contenido armónico. En los controles tradiciones que emplean modulación PWM las armónicas se encuentran bien definidas, facilitando la inclusión de filtros. En este trabajo se propone desarrollar un esquema de control dual que combine las mejores prestaciones de ambos esquemas de control; lineal con PWM y MPC, logrando as?? una robusta y poderosa herramienta, abriendo nuevas posibilidades en el área del control de convertidores de potencia. Para demostrar el funcionamiento de la nueva estrategia de control dual, ésta se implementar á en un convertidor Flying Capacitor (FC, del inglés: Flying Capacitor). Desde el punto de vista del control, esta topolog?á es altamente exigente debido a las no-linealidades y restricciones presentes en el sistema, las que hacen compleja la aplicación directa de un controlador lineal que permita controlar todas las variables involucradas. Los resultados obtenidos se validarán con simulaciones y de forma experimental utilizando un convertidor FC trifásico de tres celdas con una potencia de 8kW alimentando una carga estática R ? L.
Control FOC aplicado a una máquina de inducción utilizando un inversor ANPC de cinco niveles
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-11-06) Urrutia Pozo, Ignacio Andrés; Lezana Illesca, Pablo Andrés; Departamento de Ingeniería Eléctrica; Norambuena Valdivia, Margarita Andrea
En este trabajo se estudia el desempeño de un accionamiento de tracción para vehículo eléctrico comparando el caso con un inversor trifásico de dos niveles y un inversor ANPC de cinco niveles utilizando control por campo orientado. Las simulaciones se realizan en el software de simulación eléctrica PLECS mientras que la implementación en el laboratorio se lleva a cabo con la plataforma BRAIn la cual está basada en una DSP + FPGA. Este trabajo se estructura de la siguiente manera, primero se describen las topologías de inversores utilizadas, el modelo matemático de la máquina de inducción y el esquema de control por campo orientado. A continuación, se ajustan los controladores PI de los lazos del control por campo orientado utilizando el software MATLAB y se realiza la simulación del accionamiento con ambos inversores en el software de simulación eléctrica PLECS. Después, se valida el funcionamiento del accionamiento con el inversor ANPC de cinco niveles a través de ensayos de laboratorio, para esto se realizan tres ensayos: arranque, inversión de marcha y estado estacionario. Finalmente, se realiza una comparación del desempeño de los dos inversores en base al contenido armónico, las oscilaciones del torque eléctrico y las pérdidas de los semiconductores de cada inversor. Las pérdidas son calculadas utilizando los modelos térmicos de los IGBT construidos a partir de las curvas características de los dispositivos entregadas en sus respectivos.
Control Jerárquico en Smart-grid Utilizando un Modelo de Control Predictivo
(2024-01) Medina Morales, Fabián Ignacio; Lezana Illesca, Pablo Andrés; Departamento de Ingeniería Eléctrica; Norambuena Valdivia, Margarita Andrea
CONVERTIDORES MULTICELDA REGENERATIVOS
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2005) Lezana Illesca, Pablo Andrés; Universidad Técnica Federico Santa María. UTFSM. Casa Central; RODRÍGUEZ PÉREZ, JOSÉ RAMÓN
El objetivo de esta tesis es estudiar el funcionamiento de un convertidor multinivel regenerativo del tipo multicelda, analizar sus lazos de control y buscar formas que permitan operarIo con un alto factor de potencia en la entrada. El análisis teórico re
Cuantificación de las pédidas técnicas de la energía eléctrica, producidas por armónicos en un alimentador industiral de la red eléctica de Chilquinta Energía S.A. utilizando el método Wavelet Packet
(2017) Urrutia Quitral, Marcos Andrés; Lezana Illesca, Pablo Andrés; Departamento de Ingeniería Eléctrica; Gacitúa Rocha, Leonardo
El presente trabajo desarrolla y propone un método para la cuantificación de las Pérdidas Técnicas de energía eléctrica, producidas por los armónicos que se encuentran en un alimentador industrial de la red eléctrica de la empresa comercializadora de energía eléctrica, Chilquinta Energía S.A., utilizando para ello el método Wavelet Packet [4], con el objetivo de estimar el costo económico que este fenómeno tiene para la empresa, en un período de tiempo determinado, estableciendo un parámetro hasta ahora no abordado, con la finalidad de en un futuro cercano, analizar en función a una base de datos, las medidas técnicas y económicas óptimas vinculadas con la reducción de pérdidas técnicas producidas por armónicos. En particular, inicialmente se presenta a la empresa Chilquinta Energía S.A continuando con el marco teórico de este trabajo y la descripción el método Wavelet Packet. Para validar el análisis utilizando el método Wavelet Packet, se compara con los resultados obtenidos con el análisis de Fourier para seis señales de valores conocidos utilizando el programa Matlab. Posteriormente se procede a calcular las pérdidas obtenidas por armónicos en un período de tiempo determinado, utilizando el método Wavelet Packet. Estos resultados son analizados y se comparan con los resultados obtenidos con el análisis de Fourier. Este trabajo concluye con la validación del método Wavelet Packet y la equivalencia de este con el método de Fourier en lo que a cálculo de pérdidas por armónicas se refiere, pero con la ventaja de que el método Wavelet Packet permite la caracterización temporal y frecuencial de las señales de tensión y corriente con un menor esfuerzo computacional de cálculo. En base a los resultados se demuestra(...).
Diseño de sistema de riego inteligente basado en internet de las cosas para un viñedo en el Valle de Casablanca
(2020-09) Figueroa Fernández, Juan Carlos; Departamento de Ingeniería Eléctrica; Lezana Illesca, Pablo Andrés; Abdelhamid, Mohamed
En la presente memoria se realiza el proyecto de sistema inteligente de riego y uso de energía renovable para la viña Casablanca, en la ciudad de Valparaíso. Esto se conoce también como agricultura de precisión o agricultura inteligente. La agricultura inteligente hace referencia al aprovechamiento eficiente de los recursos de la tierra a través de nuevas tecnologías, como por ejemplo el Internet de las Cosas. Esta mejora en el proceso trae beneficios tanto económicos como medioambientales. Para llevar a cabo la tarea, se realizó el levantamiento del equipamiento y los sistemas utilizados en el viñedo originalmente. El sistema de regadío utilizado por la viña no cuenta con un sistema de medición precisa y en tiempo real que permita tomar decisiones para la optimización del recurso hídrico. Adicionalmente, la bomba utilizada para el regadío es alimentada exclusivamente con energía proveniente de la red de distribución del sector. La siguiente etapa del proyecto consiste en la selección de una porción del campo para llevar a cabo la instalación de un sistema de monitoreo de regadío y de un sistema fotovoltaico que permita energizar el sistema de regadío en este sector. Además, se dimensiona un sistema de energía fotovoltaica para satisfacer la demanda de la bomba de agua que alimenta todo el sistema de riego de la viña. Con esto se busca disminuir el consumo de energía directamente de la red eléctrica y los costos asociados a este. Se implementa una red inalámbrica de sensores que permita el monitoreo de las condiciones ambientales y del suelo del viñedo. Estos datos se enviarán y serán recopilados por medio de una central que estará comunicada con cada uno de los puntos de medición dispuestos en terreno. La estación base envía la correspondiente señal a los actuadores pertenecientes al sistema, de acuerdo con lo medido por los sensores.
Diseño e implementación de prototipo para la medición de cursiva I−V de paneles fotovoltaicos
(2024-04) Ávalos Jelvez, Marcelo Eduardo; Lezana Illesca, Pablo Andrés; Universidad Técnica Federico Santa María. Departamento de Electricidad; Angulo Cárdenas, Alejandro Alberto
El aumento sostenido del precio de la energía en Chile, junto con la abundante radiación solar disponible, ha impulsado el desarrollo de plantas fotovoltaicas a gran escala. En este contexto, el panel solar aparece como la unidad fundamental de estas instalaciones. La potencia generada por estos paneles depende de factores como la irradiancia solar, la temperatura de operación y la carga conectada. Aunque se comercializan en función de la potencia máxima en condiciones estándar, las condiciones reales de instalación difieren significativamente. Ante esta disparidad, la medición de las curvas corriente-tensión I −V de los paneles se presenta como una herramienta esencial en las etapas de diseño, instalación, operación y mantenimiento de las plantas fotovoltaicas. Este trabajo presenta un prototipo diseñado e implementado para la medición automática de las curvas I−V y P −V . Utilizando un convertidor DC-DC con carga resistiva y un microcontrolador para la automatización de las mediciones. Este diseño se ha orientado hacia la simplicidad, flexibilidad y bajo costo, cumpliendo con los objetivos establecidos. El análisis teórico y las simulaciones de diferentes convertidores DC-DC han conducido a la selección del Convertidor SEPIC como la opción más adecuada para la aplicación del prototipo. Por otro lado, se ha seleccionado el microcontrolador PIC18F4553 en base a los requerimientos del diseño y sus características técnicas. Además, se han desarrollado interfaces gráficas de usuario mediante la herramienta Guide de Matlab, facilitando tareas de calibración y medición durante las pruebas experimentales. Estas pruebas han proporcionado mediciones precisas y confiables, respaldando la viabilidad y utilidad del prototipo en las aplicaciones proyectadas. Este enfoque integral aborda las demandas de un sector en constante evolución, contribuyendo al desarrollo eficiente y sostenible de plantas fotovoltaicas en el contexto energético actual.
Diseño e implementación de topología de microinversor fotovoltaico multinivel
(2022-10) Vera Herrera, Diego Nicolás; Lezana Illesca, Pablo Andrés; García Peñailillo, Cristian F.; Departamento de Ingeniería Eléctrica; Norambuena Valdivia, Margarita A Andrea
Diseño e implementación de una red neuronal de entrenamiento mixto para el control de un flying capacitor trifásico de tres celdas
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-07) Dawson Abd-El-Kader, Sofía Anette; Lezana Illesca, Pablo Andrés; Departamento de Electricidad; Norambuena Valdivia, Margarita Andrea
En la electrónica de potencia, los convertidores multinivel, como el de capacitores flotantes (FCC, del inglés Flying Capacitor Converter), destacan por su eficiencia y alta calidad en las formas de onda, aunque presentan desafíos complejos en su control, como la necesidad de mantener el balance de tensiones entre capacitores en tiempo real, evitando condiciones que comprometan su estabilidad. Las estrategias tradicionales, tales como el Control Proporcional-Integrativo (PI) y el Control Predictivo basado en Modelo (MPC, del inglés: Model Predictive Control), aunque son efectivas, enfrentan limitaciones en adaptabilidad y costo computacional, pues el control PI resulta poco adecuado para sistemas multivariables con dinámicas rápidas, mientras que el MPC, si bien ofrece una mejor dinámica de respuesta, presenta error en estado estacionario y además exige una capacidad de cómputo considerable para resolver optimizaciones en línea, lo que restringe su implementación en entornos con recursos limitados. Esto ha motivado la exploración de enfoques de control más flexibles e inteligentes, como las redes neuronales artificiales (ANN, del inglés: Artificial Neural Network). El presente trabajo se centra en el diseño e implementación de una estrategia de control avanzada basada en ANN para un convertidor FCC de tres celdas. A partir del estudio de controles tradicionales como el PI y el MPC, se desarrollaron dos enfoques novedosos: el primero constó de la integración de dos redes neuronales basadas en control lineal y control MPC, mediante un control por bandas de histéresis, y el segundo en una única red neuronal dual que combina características de ambos controles. Estos métodos fueron evaluados en simulaciones y en un prototipo experimental, evaluando su desempeño en términos de comportamiento en transitorios y estado estacionario, mediante el análisis de las corrientes y tensiones de salida. Los resultados muestran que la propuesta con ANN Dual se destaca por sobre la propuesta de unión de ANN mediante histéresis, principalmente debido a su adaptabilidad en el entorno experimental y a las limitantes de las redes neuronales utilizadas para el control de unión de ANN con histéresis. Los resultados confirman que la ANN Dual cumple con los objetivos planteados, mostrando un desempeño competitivo tanto en simulación como en aplicaciones reales. Sin embargo, se identificaron áreas de mejora, principalmente en el proceso de entrenamiento de la red, para aumentar su adaptabilidad a convertidores con parámetros variables y mejorar la calidad de las señales de salida. Este enfoque demuestra el potencial de las ANN para reemplazar y optimizar los controles tradicionales, reduciendo el costo computacional y ofreciendo sistemas más robustos y versátiles para aplicaciones avanzadas en la electrónica de potencia.
Evaluación práctica de inyección de señales de modo común óptimas para convertidores multicelda en cascada en condiciones degradadas
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025-10-08) Céspedes Jorquera, Sergio; Angulo Cárdenas, Alejandro Alberto; Departamento de Ingeniería Eléctrica; Lezana Illesca, Pablo Andrés
Esta tesis aborda el desafío de la operación de los convertidores multicelda en cascada (CMC) en condiciones degradadas, un problema relevante en aplicaciones de alta potencia como energías renovables, vehículos eléctricos e industria. Aunque estos convertidores son eficientes y versátiles, pueden experimentar fallas en sus celdas, lo que afecta la calidad de la energía y la continuidad operativa del sistema. En este contexto, la tesis se enfoca en la optimización de la inyección de voltaje de modo común para mejorar el desempeño del CMC, incluso en presencia de condición degradada. Como solución, se propone e implementa una estrategia de control óptimo basada en la inyección de señales de modo común v0, diseñadas para mantener la operación del con vertidor a pesar de las fallas. Se evalúan dos funciones objetivo: la minimización del valor RMS de v0 y la minimización de sus componentes armónicas (v0hrms), ambas sometidas a restricciones operativas del sistema. Para resolver el modelo, se utiliza el entorno AMPL con discretización numérica, alidando los resultados mediante simulaciones en MATLAB/SIMULINK y pruebas experimentales en un banco de pruebas real con un convertidor CMC de 4 celdas por fase. En cuanto a la metodología, se compararon los resultados en términos de THD, WTHD y la potencia suministrada a la carga en escenarios tanto de optimización como en condiciones degradadas. Se analizaron varios casos con celdas defectuosas, considerando más de una celda afectada por fase. Además, se aplicó la modulación para inyectar la tensión de modo común en cada fase, lo que modificó la forma de onda de la tensión de salida, pero permitió obtener corrientes balanceadas y simétricas. Los resultados obtenidos demuestran que la estrategia de optimización mejora la calidad de la señal y la eficiencia del convertidor, aunque conlleva un aumento en la tensión de modo común(...).
Implementación de esquema de control de un convertidor multicelda en cascada para inyección de energía fotovoltaica a la red en plataforma de control BRAIn, incorporando pruebas en módulo HIL
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2024-06-30) Arriagada Farías, Daniel Elías; Acuña Ríos, Pablo Fernando; Departamento de Electricidad; Lezana Illesca, Pablo Andrés
Se realizó un estudio en la Universidad de Talca con el objetivo de determinar una alternativa de modulación para Convertidores Multicelda en Cascada. Este estudio desarrolló una técnica de modulación llamada SHM-MPC (Selective Harmonic Mitigation Model Predictive Control), basada en la modulación SHE (Selective Harmonic Elimination), SHM (Selective Harmonic Mitigation) y en la técnica FCS-MPC (Finite Control Set Model Predictive Control). Esta técnica de modulación permite tener una baja frecuencia de conmutación, lo cual es favorable para aplicaciones de alta potencia. Además, mediante su forma específica de conmutación permite eliminar componentes de bajo orden. El problema de esta técnica es su alto costo computacional, afectando la calidad de los datos obtenidos en la práctica, haciendo que hasta ahora solo haya podido ser implementada para una celda por fase. En este trabajo lo que se buscó fue implementar este esquema de control desarrollado en una plataforma de control digital llamada BRAIn (Board for Research Academic and Industrial Applications) desarrollada en el Centro Avanzado de Ingeniería Eléctrica y Electrónica (AC3E), mediante la optimización de este esquema. La optimización se realizó mediante un conteo de los ciclos de reloj del software Code Composer, a través del cual se controlaba el DSP de la tarjeta. Además, se implementó un modelo en el FPGA de la plataforma BRAIn que buscó emular un Convertidor Multicelda en Cascada de 3 celdas por fase junto con un modelo de la línea y de la red. Esto permitió transformar la plataforma de forma que se pudiera trabajar en HIL (Hardware in the Loop). El objetivo planteado se logró satisfactoriamente luego de la propuesta de distintas alternativas a las distintas secciones del código, principalmente en las secciones del algoritmo SHE y en el FCS-MPC utilizado para obtener la mejor configuración de conmutacion para el convertidor. La implementación se verificó mediante el módulo HIL mencionado anteriormente a través de una comparación de resultados respecto a una simulación en MATLAB-Simulink. Un punto importante que permitió la implementación fue la actualización de los registros de configuración de la plataforma, lo que permitió un aumento de la frecuencia de reloj del DSP de 300 MHz a 456 MHz.
Implementación de modelos de electrónica de potencia e FPGAS con técnicas de generación de código
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2024-11) González Bustos, Cristian Andrés; Carvajal Barrera, Gonzalo Andrés; Lezana Illesca, Pablo Andrés; Departamento de Electrónica; Carrasco Reyes, Gonzalo Ariel
LA SIMULACIÓN hardware-in-the-loop basada en FPGA es una poderosa herramienta al momento de diseñar y testear prototipos de sistemas de electrónica de potencia. Sin embargo, su adopción se ve disminuida debido a la alta complejidad que conlleva modelar estos sistemas en un lenguaje de programación o e descripción de hardware (HDL). En esta memoria se evalúan múltiples métodos de generación automática de código HDL, en búsqueda de un enfoque tal que el desarrollador solo deba concentrarse en el diseño del sistema mismo, y que genere código suficientemente optimizado. Se realizan múltiples simulaciones para una variedad de sistemas dinámicos distintos, con el fin de validar estos métodos. Al encontrar un toolchain y flujo de trabajo adecuados, el método seleccionado se aplica de forma práctica, implementando un modelo de buck y boost converter en la plataforma BRAIn del AC3E. A nivel de simulación, los sistemas generados cumplen tanto con el comportamiento esperado como con los requisitos de optimización que se buscaban, y se logran integrar exitosamente los modelos en BRAIn a nivel de hardware. El trabajo presentado a lo largo del documento se concreta en la forma de una application note que detalla el proceso de implementación de un circuito de electrónica de potencia en FPGAs para simulación hardware-in-the-loop.

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