Magister en Ciencias de la Ingeniería Electrónica (MSc)
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- PublicationANÁLISIS DE EFICIENCIA DE LOS MÉTODOS DE MODULACIÓN APLICADOS AL CONVERTIDOR MULTINIVEL NPC.(2009-05)
;ANDLER OSORIO, DANIEL ANDRÉS ;RODRÍGUEZ PÉREZ, JOSÉ (Profesor Guía)Universidad Técnica Federico Santa María. Departamento de ElectrónicaEn el presente trabajo se estudiará en forma profunda y detallada, la influencia de los diferentes métodos de modulación y control sobre la eficiencia del convertidor desde el punto de vista de la estrategia de control aplicada. Estas mediciones resultan sumamente relevantes si se considera que las pérdidas por conmutación dependen directamente del método de modulación que se esté empleando. Finalmente con esto, se pretende poder establecer conclusiones que permitan diferenciar la aplicabilidad y calidad de cada método de modulación aplicado. - PublicationANÁLISIS Y VALIDACIÓN DE UNA NUEVA TOPOLOGÍA MULTINIVEL(2010-04)
;ACEITÓN ROJAS, ROBERTO JAVIER ;SILVA, CÉSAR (Profesor Guía)Universidad Técnica Federico Santa María. Departamento de ElectrónicaDurante las últimas décadas la industria ha incrementado los niveles de potencia uti- lizados en sus procesos productivos, lo que ha generado un incremento en la demanda por convertidores de potencia cada vez más grandes y eficientes, alcanzando potencias del orden de los MegaWatt. Por esta razón, los convertidores multinivel se han transformado en una alternativa de gran interés para la industria y la academia, ya que ellos son capaces de operar con voltajes en el rango de los kV y al mismo tiempo entregar potencias del orden de los MegaWatt utilizando semiconductores de baja tensión. En el presente trabajo se presenta un nuevo inversor multinivel, el cual ha sido bau- tizado como Convertidor Hı́brido Multicelda o HMC por sus siglas en inglés, junto a dos técnicas de modulación para dicha estructura. El convertidor está basado en las dos topologı́as multinivel más populares, las cuales son el inversor de capacitores flotantes (FC) y el convertidor multicelda en cascada (MC), a fin de implementar una nueva celda bajo el concepto de dc-link variable. El trabajo consistió en el diseño de un prototipo de labo- ratorio de 13 niveles y la implementación de 2 esquemas de modulación para la topologı́a, donde se destaca el uso de un modulador LS-PWM para la obtención de patrones de conmutación con cualidades espectrales superiores. Ambas técnicas fueron implementadas en el prototipo. Los resultados experimentales demuestran que esta nueva topologı́a para media tensión es efectivamente viable, capaz de generar voltajes de alta calidad y al mismo tiempo lograr un buen factor de potencia de entrada. - PublicationCONTROL DE BALANCE DE CONDENSADORES DE UN CONVERTIDOR MULTINIVEL MODULAR(2012-11-26)
;CASTILLO AQUEVEQUE, CRISTIAN ANDRÉS ;PÉREZ LEIVA, MARCELO (Profesor Guía)Universidad Técnica Federico Santa María. Departamento de ElectrónicaLos convertidores multinivel se han ido introduciendo cada vez más en la industria debido a sus caracterı́sticas de lograr altos niveles de potencia con semi- conductores de bajo voltaje, lo cual aventaja a los convertidores con semiconductores de alto voltaje, que es tecnologı́a relativamente nueva. Actualmente se estudian diversos tipos de topologı́as para mejorar aspectos de estas con tal de que puedan ser un aporte para la tecnologı́a de la electrónica de potencia en la industria. Una de ellas es el Convertidor Multinivel Modular (MMC), el cual tiene caracterı́sticas como presentar alto grado de modularidad, es comple- tamente modular, no utiliza transformador, utiliza condensadores flotantes en cada celda, entre otros. Respecto a la topologı́a actual del MMC, se realizan estudios y modelos matemáticos para describir el comportamiento del convertidor, y una vez obtenido esto, se pueden controlar los convertidores. Distintos autores proponen di- versas estrategias de control para las corrientes y voltajes tanto de entrada como de salida y además, el control de balance de los condensadores presentes en la dinámica del MMC. El objetivo de este trabajo consiste en proponer una nueva estrategia de control para el balance de los condensadores en estos convertidores, que permita mejorar la calidad de las señales mediante una combinación de corrientes de entrada, salida y circulante, la cual no afecta a las variables de salida. Principalmente, se utiliza el modelo del MMC aplicado en sistemas de transmisión HVDC. Este trabajo contempla una primera parte teórica basada en estudio, diseño y simulaciones de las estrategias existentes en la literatura; luego, la segunda se compone del estudio, análisis y simulaciones de la estrategia a desarrollar; y por último, la tercera etapa consta de obtener los resultados de todas las simulaciones y contrastar los resultados existentes con lo propuesto. - PublicationDISEÑO OPTIMIZADO DE AMPLIFICADORES RAMAN DISTRIBUIDOS (DFRAS) CONSIDERANDO MEZCLA DE CUATRO ONDAS(2012-12)
;LARA AQUEA, SEBASTIÁN ALONSO ;OLIVARES VÉLIZ, RICARDO (Profesor Guía)Universidad Técnica Federico Santa María. Departamento de ElectrónicaEn este trabajo se presenta un método de optimización para el perfil de ganancia de un am- plificador Raman distribuido (DFRA) considerando la mezcla de cuatro ondas (FWM) generada a partir de las bombas del mismo. Dicho método consiste en el uso de un algoritmo genético, programado en forma paralela (MPI: Message Passing Interface), que considera los productos FWM generados como nuevas bombas del DFRA, para efectos de la amplificación Raman. La forma de incluir FWM en el proceso de optimización es utilizando el modelo matemático pre- sentado en [23], que permite simular de manera simultánea la interacción entre el esparcimiento Raman estimulado (SRS) y FWM. Se aplicó el algoritmo propuesto a dos sistemas WDM ampli- ficados mediante DFRAs bombeados de manera directa; un DFRA de 20 nm de ancho de banda y amplificado por 3 bombas, y otro de 40 nm de ancho de banda y amplificado por 4 bombas. Además, para ambos casos el parámetro variable en cada simulación es la posición espectral de la longitud de onda de dispersión cromática nula (ZDW). De esta manera, es posible simular los casos crı́ticos de generación FWM, que corresponden a productos FWM degenerados y no- degenerados. En el primer sistema WDM se obtuvieron perfiles de ganancia practicamente planos, con ripples de potencia de salida tan bajos como 0,22 dB, cuando ZDW = 1438,14 nm, y tan altos como 0,58 dB, cuando ZDW = 1450,72 nm. En cuanto al segundo sistema WDM, el menor ripple obtenido es 0,41 dB, cuando ZDW = 1455,85 nm, mientras que el más alto es 0,96 dB, cuando ZDW = 1446,70 nm. El algoritmo demostró un desempeño aceptable en la optimización al obtener un ripple de potencia de salida menor a 1 dB, para todas las posiciones de la ZDW en los dos sistemas WDM presentados. Los resultados obtenidos demuestran que existe un grado de dificultad mayor al optimizar un sistema WDM con productos FWM no-degenerados, debido a que en este caso el intercambio de energı́a entre las señales que interactúan en el proceso FWM, posee un comportamiento oscilatorio más acentuado que en los casos degenerados. - PublicationCONTROL DESACOPLADO DE POTENCIA Y VOLTAJE DEL CONVERTIDOR MODULAR MULTINIVEL TRIFÁSICO-TRIFÁSICO(2013-09)
;ARANCIBIA GONZÁLEZ, DAVID ANTONIO ;PÉREZ LEIVA, MARCELO (Profesor Guía) ;RODRÍGUEZ PÉREZ, JOSÉ (Profesor Correferente)Universidad Técnica Federico Santa María. Departamento de ElectrónicaLos nuevos desafı́os tecnológicos impulsan los desarrollos en todas las áreas de la ciencia. En particular, en el área de convertidores de potencia se requiere perfeccionar las topologı́as existentes con mejores modelos y estrate- gias control, y si esto no es suficiente, se deben inventar nuevas topologı́as que puedan dar solución a los problemas que actualmente existen o que en un futuro puedan aparecer. Es por esto que en este trabajo se busca realizar un modelo simple y desacoplado del convertidor multinivel modular matricial (M3C), para ası́ plantear una estrategia de control desacoplada que permita mantener estable al convertidor. La topologı́a analizada en esta tesis lleva por nombre convertidor multinivel modular matricial, el cual corresponde a la fusión entre el convertidor multinivel modular y el convertidor matricial, con lo cual se logra un convertidor que posee las ventajas de contar con un gran número de almacenamientos de energı́a DC, sin la necesidad de utilizar un gran condensador adicional en un bus DC que maneje toda la energı́a que es utilizada por el convertidor, con lo cual se mejora la confiabilidad, comparado con la configuración back-to-back. Además el M3C puede seguir operativo aunque alguna celda falle, ya que cuenta con numerosas celdas por rama, lo cual le da una gran ventaja frente al convertidor matricial. Dentro de sus desventajas se destaca la gran cantidad de semiconductores que son necesarios para lograr el M3C, además de la complejidad de control del mismo, ya que no existe un bus DC que desacople fı́sicamente los sistemas de entrada y salida. El modelo desarrollado en este trabajo propone un método simple y des- acoplado con el cual expresar las ecuaciones dinámicas de los cuatro grupos de corrientes que conforman el M3C, las corrientes del sistema trifásico de entra- da, del sistema trifásico de salida, las que circulan internamente por las nueve ramas del convertidor y las de modo común. El modelo de las corrientes de modo común, no es utilizado en este trabajo debido a que los sistemas trifásicos utilizados están con sus neutros flotando, ya que las pruebas a realizar en el laboratorios sugieren ese tipo de conexión. El modelo elaborado se centra en las propiedades multiplicativas de las matrices auxiliares P y Q, las que permi- ten desacoplar cualquier matriz de dimensiones 3 × 3 en cuatro componentes, es decir, en cuatro matrices de dimensiones 3 × 3 que poseen la propiedad de que al sumarse, se reconstituye la matriz original. También se ha modelado las celdas que conforman las ramas del convertidor, que en este caso corresponden a celdas puente H, capaces de generar tanto voltajes positivos como negativos. El modelo de estas celdas es equivalente a utilizar celdas semi-puente, por lo que la elección de una u otra celda no modifica el modelo del convertidor. - PublicationMÉTODOS DE CONTROL DE POTENCIA EN RECTIFICADOR TRIFÁSICO DE FRENTE ACTIVO PARA LA CONEXIÓN DE FUENTES DE ENERGÍAS RENOVABLES A LA RED(2015-07)
;MUÑOZ GARRIDO, SEBASTIÁN IGNACIO ;PÉREZ LEIVA, MARCELO (Profesor Guía)Universidad Técnica Federico Santa María. Departamento de ElectrónicaE L crecimiento acelerado de la generación eléctrica basada en fuentes de energı́as renovables ha aumentado la matriz energética mundial en las últimas décadas. En ese contexto, las redes de distribución eléctrica deben ser capaces de admitir el uso de Generación Distribuida como parte fundamental de la etapa de generación. Para la conexión de fuentes de energı́as alternativas a la red eléctrica se deben cumplir ciertos requisitos: Control sobre los flujos de potencia activa y reactiva, reducción de la contaminación armónica, eficiencia, sincronización con la red de alimentación y mantener una generación estable frente a perturbaciones en la red. Actualmente existen distintos métodos de control que cumplen con estos requisitos, ya sea de control directo o indirecto de potencia: Control por Voltaje Orientado (VOC), Control Directo de Potencia (DPC) y su homólogo predictivo (PPC). El objetivo de este trabajo de tı́tulo es presentar una estrategia unificada de control directo de potencia para un rectificador fuente de voltage de dos niveles que a diferencia de su implementación estándar, pueda compensar efectivamente los errores en el ripple de potencia fuera de los lı́mites establecidos, sin degradar su desempeño dinámico. Esta estrategia es denominada VSA-DPC, la cual se busca validar experimentalmente con respecto a VOC y PPC a través de un estudio comparativo enfocado en el comportamiento dinámico y en estado estacionario de las tres estrategias. Esta tesis contempla un trabajo teórico basado en simulaciones y otro experimental donde las tres estrategias de control deberán ser implementadas y comparadas bajo condiciones de operación equivalentes, utilizando un rectificador trifásico de frente activo (AFE 3φ). - PublicationEnergyauction: design and implementation of peer-to-peer energy trading platform in a microgrid(2023-06-01)
;Condon Silva, Felipe Esteban ;Abdelhamid, Mohamed (Profesor Guía) ;Martínez Verdugo, José Manuel (Profesor Correferente)Universidad Técnica Federico Santa María. Departamento de ElectrónicaEn la actualidad, muchos hogares están adoptando recursos energéticos distribuidos (DER), como sistemas fotovoltaicos solares (PV) y sistemas de almacenamiento de energía con baterías (BESS) que permiten a cada hogar generar y consumir energía. Los avances en el Internet de las cosas (IoT) y la computación en la nube abrieron nuevas oportunidades para el desarrollo de diversas aplicaciones y servicios de redes eléctricas inteligentes. La creciente adopción de dispositivos IoT ha permitido el desarrollo de aplicaciones y soluciones para gestionar el consumo de energía de manera eficiente. El comercio de energía local es una nueva forma de gestión del comercio de energía entre productores y consumidores en el sistema de distribución de energía, lo que permite la venta de energía excedente de forma local. Este trabajo presenta una plataforma de comercio de energía P2P que se compone de un sistema de gestión de energía doméstica (HEMS) IoT-Cloud para recopilar y almacenar datos de consumo de energía y de una arquitectura blockchain que permite el comercio de energía local entre hogares inteligentes en una microred. El enfoque principal es la interpretación entre redes distribuidas P2P, como blockchain y las redes oráculo. La implementación de la arquitectura propuesta IoT-blockchain consiste en una red blockchain Ethereum privada y una red oráculo de Chainlink. Los contratos inteligentes permiten a los productores y consumidores comerciar energía en una subasta abierta mientras solicitan datos de energía externos de una API a través de la red oráculo para el proceso de liquidación. El aporte principal de este trabajo es la integración de estas tecnologías en una implementación real, lo que permite la validación de la posibilidad de ofertar o demandar energía en una microred. Además, se presenta una descripción detallada de la implementación y los resultados obtenidos. Se espera que este trabajo sirva como base para futuras investigaciones en el campo de la gestión de energía distribuida y el comercio de energía local. - PublicationAnálisis de estabilidad en cuerda para pelotones de vehículos con canales de comunicación afectados por ruido aditivo(2023-06-19)
;Gordon Almeida, Marco Anthony ;Vargas Parra, Francisco Javier (Profesor Guía)Universidad Técnica Federico Santa María. Departamento de ElectrónicaLa propiedad de estabilidad en cuerda de los sistemas interconectados es fundamental en las aplicaciones de pelotones de vehículos. La presente tesis está enfocada en acortar la brecha en la literatura relacionada con la noción de estabilidad en cuerda cuando los fenómenos estocásticos son una parte inherente del problema. El pelotón bajo análisis está formado por vehículos modelados como sistemas lineales, con topología de seguimiento al predecesor, cuya comunicación se lleva a cabo a través de canales afectados por ruido blanco aditivo. Las dos principales contribuciones son: (a) caracterizar la evolución de la media y la varianza del error de seguimiento de cada vehículo, obteniendo así las condiciones necesarias y suficientes que garantizan la estabilidad en cuerda en dicho escenario estocástico y (b) proponer una definición técnica que permita la evaluación analítica de la propiedad de estabilidad en cuerda. Mediante simulaciones se ilustra el comportamiento del pelotón para los casos estable e inestable en cuerda. Dada la generalidad, tanto de la definición propuesta, como de la metodología de estudio, se espera que este trabajo sirva de guía para el análisis de estabilidad en cuerda en diferentes escenarios estocásticos como por ejemplo: pérdida aleatoria de datos, retardos de tiempo aleatorios, entre muchos otros problemas de comunicación. - PublicationControl robusto de alto ancho de banda para plantas de tiempo continuo(2023-08)
;Elgueta Stuardo, Eduardo Andrés ;Yuz Eissmann, Juan Ignacio (Profesor Guía) ;Peters R., Andrés (Profesor Correferente)Universidad Técnica Federico Santa María. Departamento de ElectrónicaPara el diseño de sistemas de control es usual utilizar modelos simplificados de la planta que representen sus características esenciales. Con el objetivo de entender el efecto que tiene la presencia de polos y ceros con incertidumbre en el modelo de la planta es que en esta Tesis se propone un modelo nominal de alta frecuencia. Este modelo nominal permitir ‘a desacoplar el diseño del controlador con el del análisis de estabilidad robusta de la planta verdadera. En esta Tesis se obtiene una ley de control estabilizante para plantas con incertidumbre en la posición de sus polos que quede determinada por el ancho de banda del lazo cerrado nominal. Se considera el caso en que se utiliza el modelo de tiempo continuo y el caso en que se utiliza el modelo de tiempo discreto equivalente. En ambos casos se obtienen cotas ínfimas para el ancho de banda nominal que aseguran la estabilidad de lazo cerrado verdadero. En el presente trabajo se propone abordar el control de plantas continuas con incertidumbre, utilizando un modelo nominal basado en su respuesta a alta frecuencia. Para el diseño del controlador se propone utilizar asignación de polos lo que permite parametrizarlo en términos del ancho de banda del lazo cerrado nominal. Además, se utilizaran técnicas de control robusto para asegurar la estabilidad del polinomio de lazo cerrado verdadero que corresponde a una familia de polinomios con incertidumbre. Se trabaja en base a la hipótesis de que al utilizar el modelo nominal y el controlador propuesto, se conseguirá la estabilidad del lazo cerrado al fijar el ancho de banda nominal lo suficientemente rápido. En la Tesis se obtienen cotas ínfimas para la relación entre el ancho de banda nominal y la cota de los polos con incertidumbre. También se obtienen cotas ínfimas para una variante del controlador en el que se incorporan polos en el origen con el fin de solucionar los problemas que aparecen al considerar ceros inciertos en el modelo de la planta verdadera. También se analiza el efecto de los polos con incertidumbre en sistemas de tiempo discreto, por lo que primero se plantea el modelo de la planta discreta para sistemas de bajo orden sin polos y se utiliza el modelo nominal de alta frecuencia el cual tiene el beneficio de que su modelo discreto exacto se obtiene de forma directa por medio de los polinomios de Euler-Frobenius. En este modelo nominal discreto aparecen explícitamente los ceros asintóticos de muestreo, los que se consideran al momento del diseño del controlador y para ilustrar su importancia al operar en alta frecuencia es que se considera un segundo modelo nominal el cual no cuenta con los ceros de muestreo asintóticos. Ya con el modelo discreto verdadero y los dos modelos nominales discretos es que se plantea utilizar un controlador bipropio y el diseño del controlador se hace en función del ancho de banda nominal, bajo la misma hipótesis que en el caso de tiempo continuo, en que se asegura la estabilidad del lazo cerrado verdadero si el ancho de banda nominal es lo suficientemente rápido. - PublicationModeling of GaN-based DC-DC Converters with Model Predictive Control and Active Thermal Control for Powertrain applications in Electric Vehicles(2023-12)
;Berger Díaz, Jhonattan Gabriel ;Rojas Monrroy, Christian (Profesor Guía) ;Kouro Renaer, Samir Felipe (Profesor Correferente)Universidad Técnica Federico Santa María. Departamento de Electrónica.