Ingeniería Civil Eléctrica

Este trabajo presenta una metodología para reducir el espacio de soluciones y acelerar los cálculos para el problema de predespacho de unidades (Unit Commitment, UC) en sistemas hidrotérmicos con un horizonte de tiempo de 168 horas badados en programación lineal entera mixta (Mixed-integer linear programming, MILP). La metodología branch-and-bound en problemas de UC basado en MILP enfrenta múltiples desafíos debido al aumento en el ciclaje de unidades a medida que los sistemas eléctricos reducen su huella de carbono. Con la metodología propuesta se mejora el rendimiento de los solvers aplicados al problema UC basado en MILP mediante el uso de cálculos offline y online. El modelo offline entrena un modelo multi-agente basado en aprendizaje reforzado profundo (Multi-agent deep reinforcement learning, MADRL) utilizando datos históricos de operación del sistema eléctrico para predecir el estado de encendido/apagado de unidades térmicas seleccionadas. El modelo online utiliza las soluciones binarias obtenidas por el modelo offline para resolver un problema de UC con un espacio de soluciones reducido. El enfoque multi-agente, basados en redes neuronales artificiales (Artificial Neural Networks, ANN) con una arquitectura de Red Convolucional Temporal (Temporal Convolutional Network, TCN), agrupa unidades que se encuentran en la misma región. Se utiliza una función de recompensa acumulativa compartida para ajustar simultáneamente los diferentes pesos de las ANNs durante la fase de aprendizaje. La efectividad del método propuesto se demuestra utilizando datos reales de operación del sistema eléctrico chileno, logrando tiempos de cálculo significativamente más bajos y un error que se encuentra dentro del margen de integralidad del solver.

Este trabajo tiene como objetivo realizar la implementación experimental trifásica de un reductor activo de corrientes de falla (RACF) en un sistema de potencia a escala. El propósito es reducir las corrientes de falla medidas por el interruptor de una carga trifásica. En el documento se presenta el problema asociado al aumento del nivel del cortocircuito en el sistema eléctricos de potencia debido al constante crecimiento de la demanda por ende como respuesta la incorporación de nuestras centrales generadoras, así como las diversas formas en que los ingenieros han buscado abordar este problema a lo largo de los años. A través del estudio del marco teórico, se presenta al limitador de corriente de falla (FCL) como la solución implementada en las últimas décadas para reducir las corrientes de cortocircuito mediante un esquema de conexión en serie. Sin embargo, se señalan las importantes desventajas que presentan estos dispositivos, lo que da lugar a la presentación del RACF como una alternativa. Se comentan los avances en la investigación del RACF y los cambios a implementar en la estrategia de control y en la topología del convertidor para alcanzar los objetivos del trabajo. El trabajo detalla el esquema de funcionamiento del RACF, incluyendo sus modos de operación tanto en condiciones normales como durante una falla. Se presentan los requisitos de ambos modos de operación y cómo estos afectan el diseño del sistema de potencia reducido y del convertidor. A partir de los valores nominales de corriente y tensión por el convertidor, se llevará a cabo el diseño de un sistema de potencia equivalente en el laboratorio, con valores proporcionales a los de un sistema de potencia real. Estos valores permitirán ajustar los parámetros del convertidor para cumplir con los requisitos de control establecidos. Una vez diseñado el sistema de potencia y el convertidor, el documento explica cómo ajustar los parámetros del controlador mediante la ubicación geométrica de las raíces para que la respuesta de los controladores se ajuste a lo requerido. Finalmente, se implementará el RACF en una plataforma de prueba experimental para comprobar si su funcionamiento cumple con los requisitos del sistema de control y si es capaz de realizar una compensación efectiva de la corriente de falla.

Este estudio modela y simula distintas topologías de bobina de la empresa RHONA bajo solicitación de impulso tipo rayo. Para ello se comienza definiendo los parámetros [3] [6] [7] que serán considerados para el modelamiento de las bobinas: capacidades serie, capacidades paralelo, capacidades entre discos, inductancias propias, inductancias mutuas, resistencias, etc. Para cada uno de ellos se evalúa su impacto sobre la exactitud del modelo en comparación a la complejidad maten ática y computacional que adiciona su incorporación. Se formula el problema maten ático a resolver en cada tipo de bobina, considerando los parámetros definidos en el punto anterior, para obtener la distribución de tensión como función de dos variables: tiempo y longitud de la bobina. Esto se hace calculando los valores numéricos de los parámetros concentrados (partial element equivalent circuit, PEEC) de cada espira de la bobina [8] [9] [10], para luego interconectar cada una de estas según lo indiquen las topologías que se estudian. De esta forma se trabaja con matrices de dimensión aproximada 2000x2000 y se utiliza la herramienta lsim de MATLAB para resolver las ecuaciones diferenciales que gobiernan el problema. La ventaja de trabajar de esta forma, calculando los parámetros de cada una de las espiras por separado, es que luego se pueden conectar arbitrariamente para formar cada una de las bobinas que RHONA utiliza, dejando abierta la posibilidad de que a futuro se puedan implementar nuevas topologías con interconexiones que no se han empleado hasta ahora.

In recent times switched reluctance machines have started to draw attention as a feasible alterna tive to be implemented in electrical vehicles, due to its low-cost manufacturing and reliability at high speeds. However, the usual operation of these machines involves a high torque ripple, which can bring unwanted mechanical consequences. This is why the control strategy of these machines is vital to overcome these drawbacks. This work proposes a novel control strategy for torque–ripple minimization of a switched reluctance machine drive. The strategy is composed of two stages: (i) an outer flux–linkage reference generation layer delivers optimized patterns obtained offline via mixed-integer quadratic programming; (ii) an inner flux-linkage control loop that tracks references of the outer layer by applying an optimal switching sequence model predictive control algorithm. Each stage is tested in simulation and the results show that both the proposed reference genera tion technique and flux control algorithm can produce lower torque ripple and better flux–tracking performance than their state-of-the-art counterparts, them being the torque sharing function ap proach for reference generation, and the finite control set model predictive control and the deadbeat predictive control algorithms for flux–tracking. The proposed strategy and its components are im plemented in an experimental setup, which consisted of a 2.32 kW switched reluctance machine being fed by three Asymmetric Bridge Converters. The switched reluctance machine is coupled to a 2.23 kW induction machine working as a regenerative brake and is controlled by an external AC drive. The experimental outcome validated the proposed approach and the results obtained by simulation

Se realiza en el laboratorio un sistema de control digital de tipo sensorless basado en modelo fundamental para una máquina de inducción alimentada por un convertidor PWM, para así prescindir del sensor de posición de la máquina. Se ajusta un sistema de control por campo orientado con el enlace de flujo del estator para la máquina asincrónica. Luego, este se programa en un DSP, y finalmente se evalúa la dinámica y el desempeño del sistema de control, comparando la velocidad estimada del acionamiento con la velocidad medida a través de un sensor de posición. El desarrollo de este trabajo se divide en cuatro capítulos. En el capítulo 2 se estudia el convertidor y la modulación PWM, analizando la topología del convertidor utilizado, la técnica de modulación de tensión SVM y los efectos no lineales del inversor. Se analiza detalladamente el efecto del tiempo muerto y la técnica de compensación utilizada. En el capítulo 3 se estudian los fundamentos teóricos de la máquina de inducción, planteando un modelo descrito por fasores espaciales que facilita el tratamiento y la posterior formulación de los esquemas de control. En el capítulo 4 se realizar un estudio teórico de los esquemas de control por campo orientado con el enlace de flujo de estator en base a estimadores de flujo y velocidad, así como los métodos de integración, compensación de perturnaciones, filtros de señales y métodos que minimicen el error en la estimación de la velocidad. Con lo anterior, se plantean los lazos de control para el enlace de flujo y la velocidad. Finalmente, en el capítulo 5 se presenta la implementación del banco de pruebas y el sistema de control. Se muestran los distintos componentes del banco de pruebas, se determinan los parámetros de la máquina requeridos para cada lazo de control y se diseñan los controladores. Por último, se presnetan las curvas de interés de los ensayos realizados en el laboratorio para evaluar el sistema de control. Con este trabajo ya finalizado, se pretende que el sistema de control se pueda usar a futuro en otros experimentos, ya sea para impulsar máquinas de laboratorio o bancos de prueba sin necesidad del sensor de posición, o para investigar más profundamente el método y sus complementos (por ejemplo, estudios relativos a estimación de variables y parámetros).