La energía de las olas representa una alternativa renovable con gran potencial para diversificar la matriz energética y reducir la dependencia de los combustibles fósiles. En Argentina, la extensa costa atlántica ofrece condiciones favorables para el aprovechamiento de este recurso natural, aunque su utilización todavía es muy limitada. Para convertir el movimiento de las olas en electricidad se emplean dispositivos llamados convertidores de energía undimotriz, que combinan sistemas mecánicos, generadores eléctricos y electrónica de potencia. Sin embargo, debido a que las olas son irregulares, la energía producida también presenta variaciones, lo que hace necesario desarrollar sistemas de control avanzados capaces de maximizar la energía extraída y adaptarla a distintos tipos de consumo o almacenamiento. En esta tesis se analizan distintas estrategias de control utilizadas en sistemas de generación undimotriz y se busca implementar el uso de técnicas predictivas avanzadas para mejorar el rendimiento y la eficiencia del proceso de conversión. El objetivo final es contribuir al desarrollo de tecnologías más confiables y eficientes que permitan aprovechar de manera sustentable el enorme potencial energético del mar argentino.

El objetivo general es estudiar y desarrollar métodos para evaluar la calidad del suministro eléctrico y, simultáneamente, crear técnicas para mitigar las perturbaciones que afectan a estas redes. La investigación aborda los desafíos actuales, como la creciente demanda de energía y el deterioro de la forma de onda causado por cargas no lineales (electrónica de consumo, iluminación LED).

El proyecto se estructura en tres áreas principales:
– Evaluación de la calidad: Desarrollar técnicas avanzadas de medición para identificar en tiempo real problemas como armónicos, desbalances y flicker.
– Interpretación de datos: Analizar la información recopilada para identificar las causas de las perturbaciones y determinar cuándo es necesaria una acción correctiva.
– Mitigación de perturbaciones: Implementar estrategias como filtros activos de potencia y compensadores serie para mejorar la operación de la red y proteger equipos sensibles.

La metodología incluye el estudio del estado del arte, simulaciones y validación experimental en laboratorio.

Estrategia de control para maximizar la eficiencia global en convertidores interleaved asociados a sistemas fotovoltaicos

Esta tesis se centra en el modelado, dimensionamiento y control de convertidores de energía undimotriz (WEC) del tipo brazo-flotador oscilante, que utilizan una unidad de extracción de potencia (PTO) mecánica basada en un rectificador de movimiento (MMR). A pesar del gran potencial de la energía de las olas, la tecnología de los WEC, y en particular la de los absorbedores puntuales, se encuentra en una fase de desarrollo incipiente y enfrenta desafíos significativos en diseño, eficiencia y control. Para abordar estos retos, la tesis presenta tres contribuciones principales. Primero, propone un método de dimensionamiento basado en un modelo hidrodinámico semiparamétrico que relaciona el clima de olas con los parámetros del dispositivo, facilitando su optimización y evitando el sobredimensionamiento. Segundo, desarrolla un nuevo modelo dinámico generalizado para PTOs con MMR, que supera las limitaciones de formulaciones existentes al describir rigurosamente sus no linealidades, modos de transmisión y fricción. Este modelo fue validado experimentalmente, demostrando su capacidad para replicar la respuesta dinámica del sistema con alta precisión. Finalmente, se presenta una novedosa analogía circuital del WEC con MMR, incluyendo una representación eléctrica del modelo de fricción. Esta herramienta facilita el análisis y diseño de estrategias de control, como el control reactivo, y su eficacia se verifica comparando su rendimiento con un dispositivo lineal clásico. En conjunto, el trabajo contribuye significativamente al avance en el diseño y control de esta prometedora tecnología de energía renovable.

Este trabajo de Tesis tiene por objeto caracterizar el comportamiento temporal de convertidores AC/DC conmutados por línea (LCC) mediante la aplicación de una herramienta matemática propia de sistemas unidimensionales con dinámica no-lineal y aplicar los resultados obtenidos para definir condiciones de estabilidad en sistemas LCC realimentados con control integral. Las motivaciones del presente trabajo son esencialmente dos: a).evaluar la dependencia funcional de la estabilidad con el punto de operación (ángulo de disparo) y b).extender el ancho de banda del lazo de control a efectos de aumentar la velocidad de respuesta. Para este fin, se evalúan brevemente las limitaciones de uno de los modelos de planta más empleados y se propone luego el uso de mapas unidimensionales como una alternativa analítica para inferir las propiedades de convergencia temporal en las variables del lazo de control. Teniendo presente la alinealidad estática asociada a la relación entre la tensión de salida del sistema y la variable de control de entrada, se estudian tanto los casos que no incorporan corrección de la misma, como aquellos orientados a linealizar la planta de extremo a extremo. La formulación algebraica se convalida primeramente con simulación numérica en un entorno NL5 de simulación circuital y finalmente con mediciones sobre un prototipo experimental.

Esta tesis aborda las problemáticas asociadas a los controles de corriente predictivos y robustos aplicados a inversores de tensión controlados en corriente (CC-VSI) monofásicos y trifásicos en configuración 4 hilos, y brinda solución a estos problemas a través de un enfoque adaptativo. Los algoritmos clásicos de identificación en tiempo real están basados en mínimos cuadrados recursivos por lo que su velocidad de convergencia y estabilidad numérica pueden verse severamente comprometidas si el problema esta mal condicionado. Es por ello que en primer lugar se analiza una técnica basada en la descomposición QR que busca mejorar la estabilidad numérica de los algoritmos de identificación. Debido a que los controles del tipo predictivo utilizan el modelo de la planta para controlar la corriente de inyección, su desempeño se degrada rápidamente frente a incongruencias entre el modelo y la planta, por lo que se realiza un análisis detallado del sistema a controlar. Se describe el modelo físico del sistema, teniendo en cuenta los retardos agregados por los filtros anti-aliasing y posteriormente mediante la transformada z avanzada, se construye un modelo mas sencillo el cual se utiliza para obtener una ley que gobierne el comportamiento del control predictivo. La mayoría de las problemáticas asociadas a los controles predictivos son consecuencia de las discrepancias entre el modelo utilizado para obtener la ley de control y la planta. No tener en cuenta los cambios en los parámetros de planta debidos a variaciones en las inductancias de filtro (por saturación o bien alinealidades propias del material), o bien por el efecto de los tiempos muertos asociados a las llaves semiconductoras, degradan el desempeño del control, comprometiendo seriamente su estabilidad. Es por ello que se propone dar solución a algunas de las problemáticas mencionadas a través de un enfoque adaptativo. Se presenta como aporte de esta tesis un control predictivo robusto y autoajustable, basado en un modelo simplificado de la planta (planta sin filtros) el cual utiliza identificación paramétrica mediante mínimos cuadrados recursivos para auto-ajustar los parámetros del control y del observador de estados, minimizando el error en régimen permanente y mejorando la distorsión armónica producto de los tiempos muertos. Posteriormente, se presenta un control adaptativo predictivo y robusto tolerante a retardos basado en un modelo de la planta que contempla los retardos introducidos por la etapa de filtrado. Por ultimo se presenta un control predictivo y robusto con planificación de ganancia no lineal, el cual mejora el desempeño del control RPCC mediante un ajuste a lazo abierto, logrando mejorar notablemente la distorsión por tiempos muertos.

Algoritmos de control para convertidores interleaved en sistemas fotovoltaicos

Durante muchos años, gran parte de los equipos conectados a las redes eléctricas han sido capaces de operar en forma satisfactoria ante amplias variaciones en los parámetros de tensión y corriente del suministro eléctrico. Sin embargo, en los últimos años, con el advenimiento de la tecnología, la sofisticación de los electrodomésticos, el desarrollo de la electrónica de consumo, etc., se ha añadido una gran cantidad de equipos a la red, que no son tan tolerantes a estas variaciones, por lo cual demandan energía de calidad. En este sentido, proveer energía en forma ininterrumpida y de calidad se ha convertido en una estrategia de negocios para las empresas productoras de energía, dando origen a un mercado energético abierto y competitivo. Dentro del abanico de fenómenos comprendidos en el concepto de calidad de la energía se encuentra un conjunto de perturbaciones de tensión denominadas dips de tensión, swells e interrupciones de corta duración. Estas perturbaciones, conocidas como eventos de tensión, son los responsables de importantes perdidas económicas, tanto para las empresas de energía como para los usuarios, en especial los industriales. A fin de cuantificarlos y caracterizarlos para evaluar sus causas, sus consecuencias, e incluso tomar acciones correctivas para mitigarlos, es de vital importancia contar con herramientas que permitan detectarlos y clasificarlos en forma automatizada en el menor tiempo y con la mayor certeza posibles. El objetivo de esta tesis es la evaluación y propuesta de métodos de clasificación de eventos de tensión. Para cumplir con este objetivo se han tenido en cuenta las causas que originan los eventos de tensión y las características asociadas a los mismos. Se han estudiado con profundidad los criterios de detección, segmentación y clasificación presentes en la literatura especifica poniendo en evidencia todas las limitaciones asociadas a los mismos, haciendo énfasis en los criterios y algoritmos de clasificación. A partir del análisis de estas limitaciones se diseño un nuevo método que mejora el desempeño en la clasificación de eventos en determinadas condiciones de operación que son factibles de hallar en la practica. Se han modelado, simulado y evaluado todos los métodos bajo las mismas condiciones y se realizaron ensayos experimentales, programando el método propuesto en un Medidor Inteligente de Calidad de Energía desarrollado por el grupo de Calidad de la energía del Laboratorio de Instrumentación y Control. Se mostró que el algoritmo es implementable en una plataforma digital de recursos limitados y se verifico que el método propuesto en su conjunto es capaz de detectar el evento, dividir el mismo en sus correspondientes segmentos y clasificar cada uno de estos segmentos.

Control de corriente en sistemas de inyección de energía a red

Estimación y ecualización de canales PLC de banda ancha basados en secuencias complementarias

Esta tesis se centra en la aplicación del Control Predictivo Generalizado (GPC), una variante del Control Predictivo basado en Modelo (MPC), a inversores conectados a la red eléctrica para mejorar su rapidez, robustez y calidad de energía.
El aporte principal es un método de diseño para el controlador GPC que, mediante una correcta selección de sus parámetros, garantiza un excelente desempeño dinámico y robustez frente a variaciones del sistema, manteniendo un bajo costo computacional. Los resultados experimentales demuestran que el GPC es superior a controladores clásicos como el Proporcional Resonante (PR). Se logró una Distorsión Armónica Total (THD) en la corriente de solo 2,7%, significativamente menor al 5,2% del PR y por debajo del límite estándar del 5%. Además, su tiempo de cálculo de 12,8 µs lo confirma como una solución práctica y eficiente, incluso para hardware de bajo rendimiento.
Adicionalmente, se proponen mejoras para otras técnicas MPC. Se aumentó la robustez del control de conjunto finito (FCS-MPC) mediante un observador de Luenberger y se mejoró la calidad de la corriente evaluando distintos filtros digitales (FIR e IIR) en la función de costo. Esto ofrece pautas de diseño claras para optimizar el controlador según los requerimientos específicos de cada aplicación, ya sea priorizando la eficiencia, la calidad de la energía o la dispersión espectral.

Convertidor multiestructura y sistema de control para fuentes de corriente pulsada de altas prestaciones

Medición de Variaciones en la calidad de la energía eléctrica

Control de corriente en convertidores multifásicos de potencia

Fuente de corriente con filtro activo híbrido para aceleradores de partículas

Secuencias complementarias y códigos derivados aplicados a las comunicaciones por la red eléctrica en banda angosta

Control predictivo robusto aplicado a la inyección de energía a la red eléctrica

Convertidor multiestructura con estructura mixta

Sincronismo con la red eléctrica en convertidores de potencia

Variaciones de Tensión en motores trifásicos

Topología convertidora para fuente pulsada de altas prestaciones

Control de convertidores conmutados por línea en modo de conducción discontinua

Multiplicación secuencial en dispositivos lógicos programables

Nuevas técnicas en el accionamiento de máquinas de movimiento incremental

Técnicas de muestreo aleatorio