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Control y Aplicaciones a Electrónica de Potencia ITESI-CA-02 Cuerpo Académico 'En Consolidación' (SEP)
Instituto Tecnológico Superior de Irapuato
Dr. José Miguel Sosa Zúñiga Instituto Tecnológico Superior de Irapuato 1er Taller de Aplicaciones de Electrónica de Potenciaen el Manejo de Energías Renovables Cuernavaca, Morelos, Junio 2015
1. Identificación e integrantes del ITESI-CA-02
2. Trabajos de investigación
3. Proyectos de investigación
4. Proyectos con la iniciativa privada
5. Maestría en Ingeniería Electrónica con opción en potencia del ITESI
Contenido
Identificación e integrantes del ITESI-CA-02
Clave de registro PROMEP ITESI-CA-2 Nombre Electrónica de Potencia
Grado de consolidación
Cuerpo académico en consolidación (2010-2013, 2013-2016)
Área y disciplina del cuerpo
académico
Ingeniería y Tecnología – Ingeniería Electrónica
Integrantes
Dr. Gerardo Vázquez Guzmán (SNI Nivel I, Perfil Deseable PROMEP) Dr. Pánfilo Martínez Rodríguez (SNI Nivel I, Perfil Deseable PROMEP) Dr. Mario Alberto Juárez Balderas (SNI Nivel C, Perfil Deseable PROMEP) Dr. José Miguel Sosa Zúñiga (Perfil Deseable PROMEP, SNI Nivel I)
Colaboradores
M.I. Cesar Augusto Limones Pozos (Perfil deseable PROMEP)
Línea de Generación y Aplicación del
Conocimiento (LGAC).
Control y Aplicaciones a Electrónica de Potencia Esta línea se enfoca en el estudio de tópicos relacionados con, el modelado, control y análisis de sistemas con énfasis en problemas aplicados a sistemas electrónicos de potencia para el mejoramiento de la calidad de la energía, la conversión de la energía a partir de fuentes renovables entre otras.
Identificación e integrantes del CA
Dr. Pánfilo Raymundo Martínez Rodríguez Miembro SNI Nivel 1, Perfil Deseable PROMEP Posgrado en Ingeniería Electrónica. Laboratorio de Eléctrica y Electrónica de Potencia e-mail: pamartinez@itesi.edu.mx , Tel. (462) 60 67 900 ext. 186 Pánfilo Raymundo Martínez recibió el grado de Doctor en Ciencias del Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica IPICYT en San Luís Potosí, SLP en 2007. En agosto del 2006 se unió al Instituto Tecnológico Superior de Irapuato ITESI, donde actualmente es Profesor-Investigador. Sus principales intereses incluyen el modelado, análisis y el diseño de control de sistemas de electrónica de potencia y sistemas de energías renovables.
Dr. Gerardo Vázquez Guzmán Miembro SNI Nivel 1, Perfil Deseable PROMEP Posgrado en Ingeniería Electrónica. Laboratorio de Eléctrica y Electrónica de Potencia e-mail: gerardo.vazquez@itesi.edu.mx, Tel. (462) 60 67 900 ext. 186 Gerardo Vázquez recibió el grado de Doctor de la Universidad Politécnica de Cataluña UPC, España, en 2013. Desde 2012 trabaja en el Instituto Tecnológico Superior de Irapuato ITESI como Profesor-Investigador en el Departamento de Electrónica. Sus intereses de investigación incluyen el análisis y la implementación de convertidores de electrónica de potencia aplicados a la conversión de energía de fuentes no convencionales.
Identificación e integrantes del CA
Dr. José Miguel Sosa Zuñiga Miembro SNI Nivel 1, Perfil Deseable PROMEP Posgrado en Ingeniería Electrónica. Laboratorio de Eléctrica y Electrónica de Potencia e-mail: jmsosa@itesi.edu.mx, Tel. (462) 60 67 900 ext. 186 José Miguel Sosa recibió el grado de Doctor en Ciencias Aplicadas del Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica IPICYT en 2009. Actualmente trabaja como Profesor-Investigador en el Instituto Tecnológico Superior de Irapuato ITESI. Entre sus intereses de investigación se encuentran la teoría de control y el modelado y control de convertidores de electrónica de potencia.
Dr. Mario Alberto Juárez Balderas Miembro SNI Nivel C, Perfil Deseable PROMEP Posgrado en Ingeniería Electrónica. Laboratorio de Eléctrica y Electrónica de potencia e-mail: mario.juarez@itesi.edu.mx, Tel. (462) 60 67 900 ext. 186 Mario Alberto Juárez recibió los grados de Maestro y Doctor del Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico (CENIDET) Cuernavaca, México, en 2004 y en 2011 respectivamente. Sus intereses de investigación incluyen el diseño e implementación de balastros electrónicos para lámparas fluorescentes y HID, el modelado de lámparas de descarga, convertidores DC-AC, la corrección del factor de potencia y las energías renovables.
Identificación e integrantes del CA
M.I. César Augusto Limones Pozos Perfil Deseable PROMEP, Posgrado en Ingeniería Electrónica. Laboratorio de Eléctrica y Electrónica de Potencia e-mail: cesar.limones@itesi.edu.mx, Tel. (462) 60 67 900 ext. 186 Cesar Limones recibió los grados de licenciatura y maestría en Ingeniería Electrónica en el año 2009 y 2012 por el Instituto Tecnológico Superior de Irapuato. Actualmente es docente de tiempo completo. Dentro de los principales intereses de estudio se encuentra la compensación de armónicos en la red y corrección del factor de potencia mediante el uso de filtros activos de potencia aplicando control.
Identificación e integrantes del CA
Trabajos de investigación
Control y aplicaciones en electrónica de potencia
I. Calidad de la energía a) Filtrado activo b) Rectificación controlada c) Compensación del factor de potencia
II. Sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica
a) Inversores conectados a red sin transformador b) Diseño de topologías y esquemas de modulación c) Inyección de potencia activa y control
III. Sistemas de iluminación electrónicos
a) Balastros electrónicos b) Sistemas de iluminación LED
Trabajos de investigación
Trabajos de investigación: I. Calidad de la energía
Trabajos de investigación
Calidad de la energía. Es la combinación de calidad del voltaje y calidad de la corriente. Así calidad de la energía trata con aspectos relacionados con las desviaciones de voltaje o corriente de sus formas ideales.
Carga
RED
TBF
PCC
Carga
Carga
vSiS
ωt2ππ
I. Calidad de la energía eléctrica
Fig. Sistema eléctrico
Fig. Formas de onda ideales
Trabajos de investigación I. Calidad de la energía eléctrica
Fig. Contaminación armónica
Contaminación armónica
Trabajos de investigación
Causas de distorsión en la red
– Soldadoras de arco. – Fuentes basadas en rectificadores de diodos. – Rectificadores basados en tiristores.
I. Calidad de la energía eléctrica
Fig. Cargas no lineales
Contaminación armónica
Trabajos de investigación
P Potencia activa= =S Potencia aparente
PF
Potencia aparenteS
ActivaP
No activaS2-P2
ReactivaQ
armónicaH2=S2-P2-Q2
γφ1
φ
H Q
S
P
I. Calidad de la energía eléctrica
Fig. Tetaedro de potencias
Factor de potencia
Trabajos de investigación
Llamado STATCOM (Static Synchronous Compensator ) o filtro activo paralelo
El objetivo es PF ≅ 1:
carga
fuente
Filtro activoparalelo
Corrriente compensada corriente de carga
corriente inyectada
vS
iS
Resistencia
Comportamiento resistivo únicamente en la fundamental 1
))
S S
S S
i i vii i v
hh
®®
vSiS
ωt2ππ
I. Calidad de la energía eléctrica
Fig. Compensación armónica de corriente
Filtro activo paralelo monofásico (Funcionamiento)
Trabajos de investigación
ubua
ub ua
Lado de AC
Lado de DC
Rectificador Inversor
Convertidor de fuente de voltaje: Funciona como rectificador o filtro dependiendo de la dirección del flujo de potencia.
I. Calidad de la energía eléctrica
Fig. Convertidor de fuente de voltaje
Filtro activo paralelo monofásico (Topología de puente completo)
Trabajos de investigación I. Calidad de la energía eléctrica Convertidores con balance de capacitores: Convertidor NPC de medio puente
Modelo del sistema
Donde 𝑥𝑥1 = 𝑖𝑖𝑠𝑠, 𝑥𝑥2 = (𝑣𝑣𝑐𝑐1 + 𝑣𝑣𝑣𝑣2), 𝑥𝑥3 = (𝑣𝑣𝑐𝑐1 − 𝑣𝑣𝑣𝑣2), 𝑧𝑧2 ≜ 𝑥𝑥22/2 𝑒𝑒 = 1
2𝑢𝑢𝑥𝑥2 + 1
2𝑢𝑢2𝑥𝑥3 es el voltaje inyectado,
𝑖𝑖0 corriente de la carga y 𝑣𝑣𝑠𝑠 voltaje de la red.
𝐿𝐿�̇�𝑥1 = 𝐿𝐿𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑖𝑖0 − 𝑒𝑒 + 𝑣𝑣𝑠𝑠
𝐶𝐶�̇�𝑧2 = 𝑢𝑢𝑥𝑥2 𝑥𝑥1 − 𝑖𝑖0 −2𝑧𝑧2𝑅𝑅
𝐶𝐶�̇�𝑥3 = 𝑢𝑢2 𝑥𝑥1 − 𝑖𝑖0 −𝑥𝑥3𝑅𝑅
Dinámica de corriente
Dinámica de regulación de voltaje Dinámica del balance de voltaje
Descripción del sistema
Fig. Convertidor NPC de medio puente como filtro activo monofásico
Trabajos de investigación I. Calidad de la energía eléctrica
0 0.05 0.1-250
-125
0
125
250
[V, I
]
vS,iS
Time [Sec]
0 0.05 0.1-250
-125
0
125
250
[V, I
]
vS,iS
Time [Sec]
i) Seguimiento de corriente.
Este objetivo de control consiste en forzar a la corriente de la fuente a seguir una referencia proporcional al voltaje de la red, esto es. donde la corriente de referencia se puede calcular como o como, En el último caso 𝑣𝑣𝑆𝑆,1es la componente fundamental del voltaje de la red.
𝑥𝑥1 → 𝑥𝑥1∗ , 𝑑𝑑 → ∞
𝑥𝑥1∗ =𝑃𝑃𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑣𝑣𝑆𝑆,𝑅𝑅𝑅𝑅𝑆𝑆2 𝑣𝑣𝑆𝑆,1,
𝑥𝑥1∗ =𝑃𝑃𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑣𝑣𝑆𝑆,𝑅𝑅𝑅𝑅𝑆𝑆2 𝑣𝑣𝑆𝑆 .
Objetivos de control Convertidores con balance de capacitores: Convertidor NPC de medio puente
Fig. Corriente de referencia cuando el voltaje de línea no tiene contaminación armónica
Fig. Corriente de referencia cuando el voltaje de línea tiene contaminación armónica
Trabajos de investigación I. Calidad de la energía eléctrica
0 0.5 1 1.5 2 2.5 30
110
220
330
440
[V]
x2
Time [Sec]
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3-3
-1.5
0
1.5
3
[V]
x3
Time [Sec]
𝑥𝑥2 → 𝑉𝑉𝑑𝑑 , 𝑑𝑑 → ∞
𝑥𝑥3 → 𝑉𝑉𝑑𝑑 , 𝑑𝑑 → ∞
Objetivos de control Convertidores con balance de capacitores: Convertidor NPC de medio puente
ii) Regulación de voltaje Este objetivo de control consiste en forzar a la suma de los voltajes de los capacitores siga a una referencia constante, esto es.
iii) Balance de capacitores. Este objetivo de control consiste en forzar que la diferencia de los voltajes de los capacitores asintóticamente converja a cero, esto es.
Fig. Objetivo de control de regulación de voltaje
Fig. Objetivo de control de balance de voltaje
𝐿𝐿�̇�𝑥1 = 𝐿𝐿𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑖𝑖0 − 𝑒𝑒 + 𝑣𝑣𝑠𝑠
𝐶𝐶�̇�𝑧2 = 𝑢𝑢𝑥𝑥2 𝑥𝑥1 − 𝑖𝑖0 −2𝑧𝑧2𝑅𝑅
𝐶𝐶�̇�𝑥3 = 𝑢𝑢2 𝑥𝑥1 − 𝑖𝑖0 −𝑥𝑥3𝑅𝑅
Trabajos de investigación I. Calidad de la energía eléctrica
0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720-40
-20
0
20
40
Mag
[dB
]
0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720-100
-50
0
50
100
Phas
e [d
eg]
Frec [Hz]
Basados en el modelo del sistema se propone la siguiente ley de control
𝑒𝑒 = (𝑣𝑣𝑆𝑆 + 𝑘𝑘1𝑥𝑥�1 − 𝜙𝜙) donde 𝑥𝑥�1 ≜ 𝑥𝑥1 − 𝑥𝑥1∗ , 𝑘𝑘1 > 0 y 𝜙𝜙 ≜ 𝐿𝐿 𝑑𝑑
𝑑𝑑𝑑𝑑𝑥𝑥1∗ − 𝑖𝑖0 .
Note que el término de distorsión puede ser estimado como
𝜙𝜙� = �2𝛾𝛾𝑘𝑘𝑠𝑠
𝑠𝑠2 + 𝑘𝑘2𝜔𝜔0𝑘𝑘∈Η
=1 − 𝑒𝑒−
𝑠𝑠𝑠𝑠𝜔𝜔0
1 + 𝑒𝑒−𝑠𝑠𝑠𝑠𝜔𝜔0
Para evitar problemas de inestabilidad en el RC, se propone agregar una ganancia K (0<K<1).
𝜙𝜙� =1 − 𝐾𝐾𝑒𝑒−
𝑠𝑠𝑠𝑠𝜔𝜔0
1 + 𝐾𝐾𝑒𝑒−𝑠𝑠𝑠𝑠𝜔𝜔0
Ksπω0
-e_
++_xh
~ φ
>
Repetitive control
Lazo de seguimiento de corriente Convertidores con balance de capacitores: Convertidor NPC de medio puente
1 + 𝐾𝐾(1 − 𝐾𝐾)�
1 − 𝐾𝐾(1 + 𝐾𝐾)�
Fig. Bode de magnitud y de fase del esquema de control repetitivo.
𝐿𝐿�̇�𝑥1 = 𝐿𝐿𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑖𝑖0 − 𝑒𝑒 + 𝑣𝑣𝑠𝑠
𝐶𝐶�̇�𝑧2 = 𝑢𝑢𝑥𝑥2 𝑥𝑥1 − 𝑖𝑖0 −2𝑧𝑧2𝑅𝑅
𝐶𝐶�̇�𝑥3 = 𝑢𝑢2 𝑥𝑥1 − 𝑖𝑖0 −𝑥𝑥3𝑅𝑅
Trabajos de investigación I. Calidad de la energía eléctrica
Se propone recuperar la señal moduladora u como se muestra a continuación Lazo de balance de capacitores Asumiendo que el lazo de corriente ha alcanzado el estado estacionario lo cual se sustituye directamente en la dinamica de balance El siguiente control se propone para garantizar x3 converge a cero
El término 𝜁𝜁 introduce un grado de libertad adicional el cual se desvanece en el
estado estacionario cuando 𝑣𝑣𝐶𝐶1 ≈ 𝑣𝑣𝐶𝐶2. 𝑢𝑢 =
2𝑒𝑒 − 𝜁𝜁𝑥𝑥2
𝑥𝑥1 = 𝑥𝑥1∗ = 𝑃𝑃𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑣𝑣𝑆𝑆,𝑅𝑅𝑅𝑅𝑆𝑆2⁄ 𝑣𝑣𝑆𝑆
𝐶𝐶2�̇�𝑥3 = −
𝜍𝜍𝑧𝑧2
𝑃𝑃𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 − 𝑃𝑃0 −𝑥𝑥32𝑅𝑅
𝜁𝜁 = 𝑘𝑘𝑝𝑝3𝜉𝜉, 𝜏𝜏3�̇�𝜉 = −𝜉𝜉 + 𝑥𝑥3,
Lazo de voltaje Convertidores con balance de capacitores: Convertidor NPC de medio puente
𝐿𝐿�̇�𝑥1 = 𝐿𝐿𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑖𝑖0 − 𝑒𝑒 + 𝑣𝑣𝑠𝑠
𝐶𝐶�̇�𝑧2 = 𝑢𝑢𝑥𝑥2 𝑥𝑥1 − 𝑖𝑖0 −2𝑧𝑧2𝑅𝑅
𝐶𝐶�̇�𝑥3 = 𝑢𝑢2 𝑥𝑥1 − 𝑖𝑖0 −𝑥𝑥3𝑅𝑅
Trabajos de investigación I. Calidad de la energía eléctrica
Lazo de regulación de voltaje Nuevamente considerando que la corriente ha alcanzado su valor en estado estacionario es posible reducir la dinámica de regulación Despreciando los términos armónicos en ambos lados dela ecuación tenemos que El control que garantiza que consiste en un controlador proporcional integral (PI) control, dado por
Notice that, unavoidable second order harmonics appear in the DC link due to the rectification process 𝐶𝐶
2�̇�𝑧2 = 𝑥𝑥1∗𝑣𝑣𝑆𝑆 − 𝑖𝑖0𝑣𝑣𝑆𝑆 −
𝑧𝑧2𝑅𝑅
𝑧𝑧20 → 𝑉𝑉𝑑𝑑2 2⁄
𝐶𝐶2�̇�𝑧20 = 𝑃𝑃𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 − 𝑃𝑃0 −
𝑧𝑧2𝑅𝑅
.
𝑃𝑃𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟�̃�𝑧2
= −𝑘𝑘𝑖𝑖2𝑠𝑠 −
𝑘𝑘𝑝𝑝2𝜏𝜏2𝑠𝑠 + 1 �̃�𝑧2 ≜ (𝑧𝑧2 −
𝑉𝑉𝑑𝑑2
2)
Lazo de voltaje Convertidores con balance de capacitores: Convertidor NPC de medio puente
Trabajos de investigación I. Calidad de la energía eléctrica
_
( ) . 2
2x2
+
_
τ2s+1k2p
Vd
k2is +
( ) . 2
2
Regulation
vS
x1*
+
x1=iS
ζBalancing
kr
vS,RMS21
Modulation
Pref
x3
++k1~x1
Ksπω0
-e
to gates
+2e
τ3s+1k3p
ζ
x2
PWM
vC1
Transformation
+
vC2
+
+ x2
x3
_++
_
_
Tracking
vS
u
Controlador Convertidores con balance de capacitores: Convertidor NPC de medio puente
Fig. Diagrama a bloques de la solución propuesta
Martinez-Rodriguez, P.R.; Sosa, J.M.; Vazquez, G.; Escobar, G.; Valdez-Fernandez, A.A.; Hernandez-Gomez, M., "A model-based controller for a half-bridge NPC used as an active power filter," Industrial Electronics Society, IECON 2013 - 39th Annual Conference of the IEEE , vol., no., pp.1944,1949, 10-13 Nov. 2013
Trabajos de investigación I. Calidad de la energía eléctrica
Resultados de simulación Convertidores con balance de capacitores: Convertidor NPC de medio puente
Fig. Resultados de simulación. Formas de onda de (de arriba a abajo) voltaje de linea vS (100 V/div), corriente compensada iS (25 A/div), corriente de la fuente i0 y corriente inyectada i (25 A/div).
Trabajos de investigación I. Calidad de la energía eléctrica
Resultados de simulación Convertidores con balance de capacitores: Convertidor NPC de medio puente
Fig. Resultados de simulación. Formas de onda de (de arriba a abajo) referencia de corriente x1* (25 A/div), corriente de linea compensada iS (25 A/div) y la corriente de error (25 A/div).
_x1*
+
x1=iS
kr
++k1~x1
Ksπω0
-e
e
_++
_
Tracking
vS
Trabajos de investigación I. Calidad de la energía eléctrica
vC1
Transformation
vC2
+
+
x2
x3_
+
Resultados de simulación Convertidores con balance de capacitores: Convertidor NPC de medio puente
Fig. Resultados de simulación. Respuesta transitoria de (arriba a abajo) la suma de voltaje de los capacitores x2, voltaje del capacitor vC1, voltaje del capacitor vC2 (100 V/div) y la diferencia de los voltajes de los capacitores x3
(30 V/div) durante cambios de carga.
Fig. Resultados de simulación. Respuesta transitoria de (arriba a abajo) la referencia de potencia (100 W/div) Pref la suma de voltaje de los capacitores x2, y la envolvente de la corriente de línea iS (25 A/div)
durante cambios de carga.
Trabajos de investigación I. Calidad de la energía eléctrica
vC1
Transformation
vC2
+
+
x2
x3_
+
( ) . 2
2x2
+
_
τ2s+1k2p
Vd
k2is +
( ) . 2
2
Regulation
x1*x1=iS
vS,RMS21
Pref
Resultados de simulación Convertidores con balance de capacitores: Convertidor NPC de medio puente
Trabajos de investigación: II. Sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica
iS
vS Fig. Sistemas Interconectados a la red eléctrica
Fig. Inversor para cogeneración de energía eléctrica basada en un SFV.
0 5 10 15 20 25 30 350
50
100
150
200
250Curva Caracteristica V-P
Voltaje (V)
Pote
ncia
(W)
dP/dV=0
dP/dV<0dP/dV>0
Curva caracteristica V-P
Pote
ncia
(W)
Volatje (v)
Fig. Seguimiento del MPP
Trabajos de investigación II. Sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica
VSI
eu vSCDCvDC
Filtro de acoplamiento
Control MPPT
PWM
iC iSiDC
Paneles solares
Medidor
Inversor
Aplicaciones
Sistema Fotovoltaico Conectado a la red
1. IEC 60364-7-712:2005. Instalaciones eléctricas en edificios.
2. IEEE 1547.1-2005. IEEE Estándares de pruebas de procedimientos para equipo conectando sistemas distribuidos con el sistema eléctrico de potencia.
3. UL 1741. Estándares para seguridad en inversores, controladores de carga y equipo de interconexión a la red eléctrica para utilizar en sistemas distribuido de energía.
4. IEEE 929-2000. Recomendaciones Prácticas para interfaces con la red eléctrica para sistemas fotovoltaicos.
5. IEC 61727 (1995-06). Sistemas fotovoltaicos– Características de interface del distribuidor.
6. DS/EN 61000-3-2 (2001). Límites de emisión de armónicos (Equipo de hasta 16 A por fase).
7. VDE0126-1-1 (2006). Desconexión automatica del dispositivo entre un generador y la red publica de bajo voltaje.
Normas y estándares internacionales
1. Distorsión armónica total (THD) y magnitud individual de los armónicos.
2. Factor de Potencia (PF).
3. Nivel de corriente inyectada en DC.
4. Voltaje y frecuencia en niveles normales de operación.
5. Detección de modo de operación Isla.
6. Reconección automatica y sincronización.
7. Puesta a tierra de los equipos.
Parámetros del sistema
Fig. Inversor conectado a la red
Trabajos de investigación II. Sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica Tipos de inversores conectados a la red sin transformador
1. NMX-J-618-ANCE Requisitos de construcción de Módulos FV para proporcionar seguridad eléctrica. (IEC-61730-I,2), (IEC 61646).
2. NMX-J-643-ANCE Desempeño en Módulos fotovoltaicos, medición de características tensión corriente en dispositivos FV. (IEC 60904).
3. NMX-J-655/(2,3)-ANCE Desempeño y eficiencia en convertidores de potencia y controladores de carga de baterías para SPV. (IEC-61683, IEC62509).
4. NMX-J-655/1-ANCE Desempeño y eficiencia en paneles FV en términos de potencia nominal a ciertos parámetros de temperatura e irradiación. (IEC-61853-I).
5. NMX-J-656-ANCE Seguridad de los convertidores de potencia utilizados en sistemas de potencia fotovoltaicos. (IEC 62109-1:2010) (en proceso).
6. NMX-J-657-ANCE Sistemas híbridos de electrificación rural CD, CA, hasta 600 V y 100 kVA. NMX-J-657/7-ANCE (generadores FV, en proceso).
Normas ANCE sistemas de energía renovable
Tipos de inversores conectados a la red sin transformador
Fig. Inversor conectado a la red
Trabajos de investigación II. Sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica
Fig. Normas ANCE para sistemas de energía renovable
Trabajos de investigación II. Sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica Tipos de inversores conectados a la red sin transformador
HFT : 1. De múltiples etapas (incrementa las perdidas por conducción, dos buses de CD). 2. Mayor número de interruptores. 3. Transformador de HF 4. Baja eficiencia.
LFT: 1. Etapa simple 2. Pocos interruptores 3. Transformador de LF. 4. Baja eficiencia
Fig. Inversores con aislamiento: sistema monofásico con transformador de baja frecuencia
PV array
Db
Vs
S1
S2
S3
S4
C
T1
Lf
Lf
VsPV
array
Db
S1
S2
S3
S4
C
HFT
Lf
S’1 S’3
S’4S’2
Cf
Lf
Lf
D1 D3
D2 D4
Fig. Inversores con aislamiento: sistema monofásico multietapa con transformador de alta frecuencia
Trabajos de investigación II. Sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica Tipos de inversores conectados a la red sin transformador
Fig. 12. Transformadores con aislamiento
Características de los convertidores
Sin transformador: 1. Capacitancias parásitas formadas entre las celdas
FV y la red de tierra en el panel FV. 2. Corrientes de fuga fluyendo a través de la
trayectoria de tierra debido al dv/dt. 3. Valores de 50nF a 150nF por kW
SustrateCp
Cp Cp
PV-Cells
Glass
CD/CA Power
Converter
Filter+AC Grid
𝑖𝑖𝐶𝐶𝑝𝑝 =𝑑𝑑𝑣𝑣𝑑𝑑𝑑𝑑 𝐶𝐶
Trabajos de investigación II. Sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica
Corrientes de modo común debidas a las capacidades parasitas del panel solar
Tipos de inversores
Fig. Formación de las capacitancias parásitas.
Modulación de inversores: Inversor de puente completo
Estrategia de Modulación Bipolar Estrategia de modulación unipolar
PV array
Db
Vs
S1
S2
S3
S4
C
Lf
Lf
Cp1
Cp2
S1,S4
S2,S3
VtriVsin
S4
S2
VtriVsin
-1
S1
S3
0.08 0.085 0.09 0.095 0.1 0.105 0.11 0.115 0.12-500
-300
-100
100
300
500
Outp
ut V
olta
ge [V
]
Output Voltage
0.08 0.085 0.09 0.095 0.1 0.105 0.11 0.115 0.12-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
Ileak
age
[A]
Time [s]
Leakage Current
0.08 0.085 0.09 0.095 0.1 0.105 0.11 0.115 0.12-500
-300
-100
100
300
500
Outp
ut V
olta
ge [V
]
Output Voltage
0.08 0.085 0.09 0.095 0.1 0.105 0.11 0.115 0.12-5
-4-3-2-1012345
Ileak
age
[A]
Time [s]
Leakage Current
Modulación Unipolar: Corrientes de fuga altas Corriente facil de filtrar Diseño sencillo Rizo de salida de corriente al
doble de la frecuencia de conmutación
Armonicos de conmutación lejanos a la frecuencia de red
Modulación Bipolar: No presenta corrientes de fuga Alto contenido armonico en HF Diseño sencillo Rizo de salida de corriente a la
frecuencia de conmutación Baja eficiencia
Trabajos de investigación II. Sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica
Fig. Voltaje de salida (arriba) y corriente de fuga (abajo).
Fig. Voltaje de salida (arriba) y corriente de fuga (abajo).
Fig. Modulación bipolar. Fig. Modulación bipolar. Fig. Inversor puente completo.
PV array
L/2
Vs
CVDC1
S2
S2'
S1
S1'
PV array
CVDC2
S4
S4'
S3
S3'
A
N
z1
z2
CELL1
CELL2
Cp1
Cp2
Cp3
Cp4
L/2
VAN State Switching States S1 S2 S3 S4 S1’ S2’ S3’ S4’
VDC 1+ VDC 2 E1 1 0 1 0 0 1 0 1 VDC 1 E2 1 0 1 1 0 1 0 0 VDC_2 E2_1 1 1 1 0 0 0 0 1 VDC_1 E2_2 1 0 0 0 0 1 1 1 VDC 2 E2_3 0 0 1 0 1 1 0 1
0 E3 1 1 1 1 0 0 0 0 0 E3_1 0 0 0 0 1 1 1 1
VDC_1- VDC_2 E3_2 1 0 0 1 0 1 1 0 - VDC 1+ VDC 2 E3_3 0 1 1 0 1 0 0 1
0 E3_4 0 0 1 1 1 1 0 0 0 E3_5 1 1 0 0 0 0 1 1
- VDC_1 E4 0 1 0 0 1 0 1 1 - VDC_2 E4_1 0 0 0 1 1 1 1 0 - VDC_1 E4_2 0 1 1 1 1 0 0 0 - VDC 2 E4_3 1 1 0 1 0 0 1 0
- VDC 1- VDC 2 E5 0 1 0 1 1 0 1 0
Trabajos de investigación II. Sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica Modulación de inversores: Convertidor multinivel HB5
Fig. Convertidor multinivel en cascada. Fig. Estados del convertidor multinivel en cascada.
Características: Presenta cinco niveles de voltaje a la salida. Menor rizo de corriente de salida. Filtro de rizo de corriente de menor tamaño. Semiconductores con menor estrés eléctrico.
0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 0.055 0.06-800
-400
0
400
800
Vou
t [V
]
Output Voltage
0 0.01 0.02 0.03 0.04Time (s)
0
-0.5
-1
0.5
1
Vpot_1 Vpot_2 Vpot_3 Vpot_4 Vc
Vca
S1S1'
S2S2'
Vpot_1
Vpot_2
Trabajos de investigación II. Sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica Modulación de inversores: Convertidor multinivel HB5. Estrategia de modulación senoidal con portadora desplazada (SLSPWM)
(a)
0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 0.055 0.06-30
-150
1530
Load
Cur
rent
[A] Load Current
0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 0.055 0.06-800
-4000
400800
Vou
t [V
]
Output Voltage
0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 0.055 0.06-400
0
400
800
Vcp
1 [V
]
Voltage across the stray capacitance
0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 0.055 0.06-200
-1000
100200
Ileak
age
[A]
Time [s]
Leakage Current Cp1
(b)
(c)
(d)
Fig. Modulación sinusoidal con portadora desplazada.
Fig. Resultados de simulación. (De arriba a abajo) Corriente de la carga, voltaje de salida, voltaje a través de
las capacitancias parásitas y corriente a través de las capacitancias parásitas.
0 0.01 0.02 0.03 0.04Time (s)
0
-0.5
-1
0.5
1
V17 Vtrig Vref_1 Vref_2
Trabajos de investigación II. Sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica Modulación de inversores: Convertidor multinivel HB5. Estrategia de modulación con desplazamiento de fase
Vca
S1S1'
S2S2'
Vpot
-1
(a)
(b)
(c)
(d)
0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 0.055 0.06-30
-150
1530
Load
Cur
rent
[A] Load Current
0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 0.055 0.06-800
-4000
400800
Vou
t [V
]
Output Voltage
0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 0.055 0.06-400
0
400
800
Vcp
1 [V
]
Voltage across the stray capacitance
0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 0.055 0.06-100
-500
50100
Ileak
age
[A]
Time [s]
Leakage Current Cp1
Fig. Resultados de simulación. (De arriba a abajo) Corriente de la carga, voltaje de salida, voltaje a través de
las capacitancias parásitas y corriente a través de las capacitancias parásitas.
Fig. Modulación sinusoidal con desplazamiento de fase.
Vazquez, G.; Martinez-Rodriguez, P.R.; Sosa, J.M.; Escobar, G.; Arau, J., "A modulation strategy for single-phase HB-CMI to reduce leakage ground current in transformer-less PV applications," Industrial Electronics Society, IECON 2013 - 39th Annual Conference of the IEEE , vol., no., pp.210,215, 10-13 Nov. 2013
Sector 1, Estado 1 (VAN = 0) y State 2 (VAN = VDC).
PV array
Vs
CVDC1
S2
S2'
S1
S1'
PV array
CVDC2
S4
S4'
S3
S3'
A
N
z1
z2
CELL1
CELL2
Cp1
Cp2
Cp3
Cp4
Vo = 0Q
(a)
L/2
L/2
PV array
Vs
CVDC1
S2
S2'
S1
S1'
PV array
CVDC2
S4
S4'
S3
S3'
A
N
z1
z2
CELL1
CELL2
Cp1
Cp2
Cp3
Cp4
Vo = VdcQ
(b)
L/2
L/2
0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 0.055 0.06-800
-400
0
400
800
Vou
t [V
]
Output Voltage
Trabajos de investigación II. Sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica Modulación de inversores: Convertidor multinivel HB5. Estrategia de modulación modificada
Fig. Diagramas equivalentes para generar Vdc en el voltaje a la salida en el Sector 1.
Características Forma de onda de corriente
senoidal
Cinco niveles de voltaje en la salida
Menos transiciones de conmutación
Bajo THD
Fácil filtrado
Alta eficiencia en la conversión de la energía
0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 0.055 0.06-30
-15
0
1530
Load
Cur
rent
[A] Load Current
0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 0.055 0.06-800
-400
0
400
800V
out [
V]
Time [s]
Output Voltage
(a)
(b)
Trabajos de investigación II. Sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica Modulación de inversores: Convertidor multinivel HB5. Resultados de simulación
Fig. Resultados de simulación. (De arriba a abajo) Corriente de la carga, voltaje de salida del convertidor.
(a)
(b)
(c)
0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 0.055 0.06-400
0
400
800
Vcp
1 [V
]
Voltage across the stray capacitance Cp1
0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 0.055 0.06-400
-200
0
200
400
Vcp
3 [V
]
Voltage across the stray capacitance Cp3
0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 0.055 0.06-10
-5
0
5
10
Ileak
age
[A]
Time [s]
Leakage current across Cp1
Sector State Stray Capacitance Voltages
Vcp1 Vcp2 Vcp3 Vcp4 1 E1 VDC 0 VDC 0
E2 VDC 0 VDC 0 2 E1 2 VDC VDC VDC 0
E2 2 VDC VDC VDC 0 3 E1 0 - VDC 0 - VDC
E2 0 - VDC 0 - VDC 4 E1 - VDC -2 VDC 0 - VDC
E2 - VDC -2 VDC 0 - VDC
Modulation Strategy Efficiency SPSPWM 85.95% SLSPWM 95.01%
SBLSPWM 98.46%
Trabajos de investigación II. Sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica Modulación de inversores: Convertidor multinivel HB5. Resultados de simulación
Características: Pocas transiciones de voltaje en las
capacitancias parasitas
Baja corriente de dispersión en las capacitancias parasitas.
Fig. Resultados de simulación. (De arriba a abajo) Voltaje a través de las capacitancias parásitas Vcp1 y Vcp3 y corriente de fuga.
Tabla. Valores de voltaje a través de las capacitancias parásitas
Tabla. Comparación de eficiencias
Trabajos de investigación II. Sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica Modulación de inversores: Convertidor multinivel HB5. Resultados experimentales
Fig. Resultados experimentales. Señales de la modulación SPSPWM.
Fig. Configuración experimental del convertidor multinivel en cascada.
Fig. Resultados experimentales. (De arriba abajo) Corriente de salida, voltaje del inversor, voltaje a través
de los capacitores parásitos y corriente de fuga.
Trabajos de investigación II. Sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica Modulación de inversores: Convertidor multinivel HB5. Resultados experimentales
Fig. Resultados experimentales. Señales de la modulación SLSPWM.
Fig. Resultados experimentales. (De arriba abajo) Corriente de salida, voltaje del inversor, voltaje a través
de los capacitores parásitos y corriente de fuga.
Fig. Configuración experimental del convertidor multinivel en cascada.
Trabajos de investigación II. Sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica Modulación de inversores: Convertidor multinivel HB5. Resultados experimentales
Fig. Resultados experimentales. Señales de la modulación propuesta.
Fig. Resultados experimentales. (De arriba abajo) Corriente de salida, voltaje del inversor, voltaje a través
de los capacitores parásitos y corriente de fuga.
Fig. Configuración experimental del convertidor multinivel en cascada.
100
101
102
103
104
105
106
-200
-150
-100
-50
0
50
Mag
nitu
de (d
B)
Grafica de Magnitud de Bode
Frecuencia (rad/s)
20 dB/década
60 dB/década
Trabajos de investigación II. Sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica Control de inversores conectados mediante filtros L y LCL
a) Filtro L VSC
CDCvDC eu
iDC
vS
filtro L iS
L1 R1
iC
L2 R2L1 R1
filtro LCLVSC
CDCvDC eu
iDC iC
vS
iS
CvC
𝐿𝐿1𝑑𝑑𝑖𝑖𝑐𝑐𝑑𝑑𝑑𝑑
= −𝑅𝑅1𝑖𝑖𝑐𝑐 − 𝑣𝑣𝑐𝑐 + 𝑒𝑒𝑢𝑢
𝐿𝐿2𝑑𝑑𝑖𝑖𝑠𝑠𝑑𝑑𝑑𝑑
= −𝑅𝑅2𝑖𝑖𝑠𝑠 − 𝑣𝑣𝑐𝑐 + 𝑣𝑣𝑠𝑠
𝐶𝐶𝑑𝑑𝑣𝑣𝑐𝑐𝑑𝑑𝑑𝑑
= 𝑖𝑖𝑐𝑐 − 𝑖𝑖𝑠𝑠
𝐿𝐿1𝑑𝑑𝑖𝑖𝑠𝑠𝑑𝑑𝑑𝑑
= −𝑅𝑅1𝑖𝑖𝑠𝑠 − 𝑣𝑣𝑠𝑠 + 𝑒𝑒𝑢𝑢
b) Filtro LCL
100
101
102
103
104
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
Mag
nitu
de (d
B)
Grafica de Magnitud de Bode
Frecuencia (rad/s)
20 dB/década
Fig. Inversor conectado a la red mediante filtro L. Fig. Inversor conectado a la red mediante filtro LCL.
Fig. Bode de magnitud de Is(s)/Eu(s) para el filtro L. Fig. Bode de magnitud de Is(s)/Eu(s) para el filtro LCL .
Modelado con filtro L: Modelado con filtro LCL:
Trabajos de investigación II. Sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica
0.95 0.96 0.97 0.98 0.99 1-20
-10
0
10
20Filtro L: Corriente de Red is
[A]
Tiempo [seg]
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 12010
-8
10-6
10-4
10-2
100
Espectro de Amplitud |Is|
|I s(f)|
Frecuencia [kHz]
0.95 0.96 0.97 0.98 0.99 1-20
-10
0
10
20Filtro LCL: Corriente de Red is
[A]
Tiempo [seg]
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 12010
-8
10-6
10-4
10-2
100
Espectro de Amplitud |Is|
|I s(f)|
Frecuencia [kHz]
Sosa, J.M.; Escobar, G.; Martinez-Rodriguez, P.R.; Vazquez, G.; Juarez, M.A.; Diosdado, M., "Comparative evaluation of L and LCL filters in transformerless grid tied converters for active power injection," Power, Electronics and Computing (ROPEC), 2014 IEEE International Autumn Meeting on , vol., no., pp.1,6, 5-7 Nov. 2014
Fig. Corriente de red y espectro de amplitud con filtro L. Fig. Corriente de red y espectro de amplitud filtro LCL.
Control de inversores conectados mediante filtros L y LCL a) Filtro L
VSCCDC
vDC eu
iDC
vS
filtro L iS
L1 R1
iC
L2 R2L1 R1
filtro LCLVSC
CDCvDC eu
iDC iC
vS
iS
CvC
b) Filtro LCL
Fig. Inversor conectado a la red mediante filtro L. Fig. Inversor conectado a la red mediante filtro LCL.
Trabajos de investigación II. Sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica Control de inversores conectados mediante filtro L
VSCCDC
vDC eu
iDC
vS
filtro L iS
L1 R1
iC
Objetivos de control: Voltaje de red sin distorsión armónica: La corriente
de red is debe seguir asintóticamente a una señal proporcional al voltaje de red vs.
Voltaje de red con distorsión armónica: La corriente de red is debe seguir asintóticamente a una señal proporcional a la componente fundamental del voltaje vs1.
Fig. Inversor conectado a la red mediante filtro L.
Sosa, J.M.; Escobar, G.; Martinez-Rodriguez, P.R.; Vazquez, G.; Juarez, M.A.; Valdez-Fernandez, A.A.; Diosdado, M., "Control law for transformerless converters connected to the grid through an L filter," Power, Electronics and Computing (ROPEC), 2014 IEEE International Autumn Meeting on , vol., no., pp.1,6, 5-7 Nov. 2014
𝐿𝐿1𝑑𝑑𝑖𝑖𝑠𝑠𝑑𝑑𝑑𝑑
= −𝑅𝑅1𝑖𝑖𝑠𝑠 − 𝑣𝑣𝑠𝑠 + 𝑒𝑒𝑢𝑢
Modelado con filtro L:
Trabajos de investigación II. Sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica
vS
s2+ωs2
λs+_
−ωs2
sVSRMS
2Pref
x*.x*̂
x +_
~x
++
++
eu+ +vS
1s-γ2
-k
1s-γ1
Rf^
Lf^
x*.x*̂
Current reference
Control law
Control de inversores conectados mediante filtro L
Características: El voltaje básico consiste en una
ganancia proporcional sobre el error de corriente.
Contiene un bloque para el cálculo de la referencia de corriente.
Contiene un esquema que estima los parámetros del filtro.
No contiene un banco de filtros resonantes.
Fig. Controlador del inversor conectado a la red mediante filtro L.
Trabajos de investigación II. Sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica Control de inversores conectados mediante filtro L
PWM
VSC
Q1 Q2
Q3 Q4
Control law
VDCCDC
iDC
Vcon vS
L filter iS
Lf Rf
Current reference
computation
Q1, Q2, Q3, Q4vSiS
**̂
iS
diS
Fig. Resultados de simulación. (De arriba a abajo) Voltaje de red y su componente fundamental y componente fundamental y corriente
inyectada.
Trabajos de investigación II. Sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica Control de inversores conectados mediante filtro L
Fig. Resultados de simulación. (De arriba a abajo) Voltaje de red y corriente inyectada y potencia activa inyectada y su referencia.
PWM
VSC
Q1 Q2
Q3 Q4
Control law
VDCCDC
iDC
Vcon vS
L filter iS
Lf Rf
Current reference
computation
Q1, Q2, Q3, Q4vSiS
**̂
iS
diS
Filtro L: Sistema sencillo y robusto Controladores sencillos Baja atenuación de armónicos de conmutación Compromiso entre el tamaño del filtro y la atenuación de armónicos de conmutación.
Trabajos de investigación II. Sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica
L2 R2L1 R1
filtro LCLVSC
CDCvDC eu
iDC iC
vS
iS
CvC
Fig. Inversor conectado a la red mediante filtro LCL.
Control de inversores conectados mediante filtro LCL
𝐿𝐿1𝑑𝑑𝑖𝑖𝑐𝑐𝑑𝑑𝑑𝑑
= −𝑅𝑅1𝑖𝑖𝑐𝑐 − 𝑣𝑣𝑐𝑐 + 𝑒𝑒𝑢𝑢
𝐿𝐿2𝑑𝑑𝑖𝑖𝑠𝑠𝑑𝑑𝑑𝑑
= −𝑅𝑅2𝑖𝑖𝑠𝑠 − 𝑣𝑣𝑐𝑐 + 𝑣𝑣𝑠𝑠
𝐶𝐶𝑑𝑑𝑣𝑣𝑐𝑐𝑑𝑑𝑑𝑑
= 𝑖𝑖𝑐𝑐 − 𝑖𝑖𝑠𝑠
Modelado con filtro LCL:
vS
s2+λs+ω2λs
−ω2
s
vS^
vS^.
Estimación de la red
Pref
VSRMS
1
.
Referencia de corriente
2vS^^.vS x2
x2*
*
+_
α3 K1+
+
++
x1
x1*
vS^
vS^.
x2*.
x2* +
+ eu
Lazo de control de corriente
x1~
α2 α1
α4
Fig. Controlador del inversor conectado a la red mediante filtro LCL.
Sosa, J.M.; Martinez-Rodriguez, P.R.; Vazquez, G.; Serrano, J.P.; Escobar, G.; Valdez-Fernandez, A.A., "Model based controller for an LCL coupling filter for transformerless grid connected inverters in PV applications," Industrial Electronics Society, IECON 2013 - 39th Annual Conference of the IEEE , vol., no., pp.1723,1728, 10-13 Nov. 2013
Características: Controlador basado en el modelo.
Sólo hace uso de la corriente del lado del
inversor y del voltaje de la red.
Incluye un esquema para construir la referencia de corriente del lado del inversor
Trabajos de investigación II. Sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica Control de inversores conectados mediante filtro LCL
Fig. Resultados de simulación. Evolución del estado del sistema 𝑥𝑥1, 𝑥𝑥2 y 𝑥𝑥3
L2VSI
CPV
iPV
vDC eu
x1
x3
x2
L1
CvS
LCL filter
PWM Control
Fig. Voltaje de la red 𝑣𝑣𝑠𝑠 y corriente inyectada 𝑥𝑥2
La corriente de red está en fase con el voltaje de red
Trabajos de investigación II. Sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica Control de inversores conectados mediante filtro LCL
Fig. Resultados de simulación. Transición de Pref. De arriba a abajo potencia inyectada, y el estado del sistema x1, x2 y x3.
Filtro LCL: Mayor eficiencia
Mayor atenuación de armónicos de conmutación y por lo tanto menor tamaño del filtro
Controladores más complejos
L2VSI
CPV
iPV
vDC eu
x1
x3
x2
L1
CvS
LCL filter
PWM Control
Trabajos de investigación: IV. Sistemas de iluminación electrónica
Diseño y Análisis de Balastro y Controladores auto-oscilantes
Drivers para LED empleados en faros de automóviles
Drivers para el control de Lámparas LED Ultravioleta
• Actualmente el 19% de la electricidad que se • genera a nivel mundial se consume en
iluminación.
• Se prevé que para este año el 90% de todas las
• lámparas balastro o driver electrónico.
Trabajos de investigación IV. Sistemas de iluminación electrónica Áreas de investigación de grupo de potencia de ITESI
• Drivers auto-oscilantes de alta frecuencia (>250kHz)
• Estudio de los efectos de rizado en los LED
• Confiabilidad en drivers para LED
Juarez, M.A.; Martinez, P.R.; Vazquez, G.; Sosa, J.M.; Villanueva, I., "Design of self-oscillating electronic ballast for power LEDs," Power, Electronics and Computing (ROPEC), 2014 IEEE International Autumn Meeting on , vol., no., pp.1,5, 5-7 Nov. 2014
Fig. Diagrama de bloques del driver auto-oscilante para LED
Trabajos de investigación IV. Sistemas de iluminación electrónica Diseño y análisis de balastro y controladores auto-oscilantes
• Control a lazo cerrado
• Confiabilidad en drivers para LED
Juarez, M.A.; Martinez, P.R.; Vazquez, G.; Sosa, J.M.; Prieto, X.; Martinez, R., "Analysis of buck converter control for automobile LED headlights application," Power, Electronics and Computing (ROPEC), 2014 IEEE International Autumn Meeting on , vol., no., pp.1,4, 5-7 Nov. 2014
Fig. Prototipo experimental
Fig. Diagrama de bloques del driver para faros
Trabajos de investigación IV. Sistemas de iluminación electrónica Drivers para LED empleando en faros de automóviles
7.5 8 8.5 9 9.5 10 10.50
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4Cree - 10.9W
Corriente (A)
Vol
taje
(V)
i-+ RMS ++ X X
+
X X
eu
eu
ab
cd
cte+ + X
si +
+
-
iLiL(t)
• Dimming en LED UV
• Balance de energía de un LED UV
• Modelado del LED
Energía consumida 100%
Pérdidas por calor Pérdidas
por luz visible
Luz Ultravioleta
Fig. Modelo del LED en Simulink
Fig. Balance de energía del LED UV
Fig. Curva V – I del LED. En rojo el ajuste de curvas, en azul los datos experimentales del LED
• Determinar el nivel de radiación UV en función de la potencia de entrada
Trabajos de investigación IV. Sistemas de iluminación electrónica Modelado de LED UV y drivers
Proyectos de investigación
Proyectos de ciencia básica y aplicada Proyectos de investigación El ITESI-CA-02 ha venido desarrollando proyectos de investigación bajo las
convocatorias de diferentes instituciones, entre ellas: CONACYT, TecNM, PADES, PRODEP, CONCYTEG, ITESI.
Calidad de la energía
Nombre del proyecto: Convertidores CD-CA para aplicaciones de sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica
Fuente de Financiamiento: PRODEP Vigencia: Inicio: 14/09/2013 al 31/09/2014 Situación: Aprobado y Vigente Grupo de trabajo: Cuerpo Académico de Electrónica de Potencia
Nombre del proyecto: Control Directo de Potencia de Rectificadores Trifásicos Basado en Control Adaptable.
Fuente de Financiamiento: CONACYT-CIENCIA BÁSICA Vigencia: Inicio:30/09/2013, Final: 29/10/2016 Situación: Aceptado y Vigente Grupo de trabajo: CA DE ELECTRÓNICA DE POTENCIA, PROFESORES DEL POSGRADO
EN INGENIERÍA ELECTRÓNICA
Proyectos de ciencia básica y aplicada Sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica
Nombre del proyecto: Estudio de Técnicas de Inyección de Potencia a la Red Eléctrica Fuente de Financiamiento: Convocatoria Apoyo a la Investigación Científica, Aplicada,
Desarrollo Tecnológico e Innovación en los Programas Educativos de los Institutos Tecnológicos Descentralizados 2014 (TecNM)
Vigencia: 2 años Situación: Aceptado y Vigente Grupo de trabajo: Cuerpo Académico de Electrónica de Potencia
Nombre del proyecto: Estudio de la compensación armónica usando convertidores multinivel
Fuente de Financiamiento: Proyectos Institucionales de Investigación y Desarrollo Tecnológico 2014 (ITESI)
Vigencia: 1 año Situación: Aceptado y Vigente Grupo de trabajo: Cuerpo Académico de Electrónica de Potencia
Proyectos de ciencia básica y aplicada
Nombre del proyecto: Análisis y diseño de convertidores CA-CD para LED UV de alta potencia empleados en foto-polimerización.
Fuente de Financiamiento: Consejo de Ciencia y Tecnología del Estado de Guanajuato, CONCYTEG
Vigencia: Periodo: Enero-2014 a Enero 2016 Situación: Aceptado y Vigente Grupo de trabajo: Cuerpo Académico de Electrónica de Potencia
Nombre del proyecto: Convertidores electrónicos de potencia para aplicaciones en sistemas de Iluminación.
Fuente de Financiamiento: ITESI: Convocatoria 2014 de Proyectos Institucionales de Investigación y Desarrollo Tecnológico.
Vigencia: Inicio: 2014, Final: 2015 Situación: Aceptado y Vigente Grupo de trabajo: Cuerpo Académico de Electrónica de Potencia
Nombre del proyecto: Estudio, análisis y optimización de convertidores electrónicos para la alimentación de lámparas de estado sólido desde la red eléctrica
Fuente de Financiamiento: Fomento a la Generación y Aplicación Innovadora del Conocimiento, PRODEP 2014
Vigencia: Periodo: Noviembre del 2014 a Noviembre del 2015 Situación: Aprobado y Vigente Grupo de trabajo: Cuerpo Académico de Electrónica de Potencia
Sistemas de iluminación electrónicos
Proyectos de ciencia básica y aplicada
Nombre del proyecto: Apoyo para el Fortalecimiento del Cuerpo Académico de Electrónica de Potencia en vías de su Consolidación ante PROMEP
Fuente de Financiamiento: Programa de Apoyo al Desarrollo de la Educación Superior (PADES) Vigencia: Inicio: 14/03/2014, Final: 30/12/2014 Situación: Terminado Grupo de trabajo: Cuerpo Académico de Electrónica de Potencia
Nombre del proyecto: Apoyo para el fortalecimiento del programa de nueva creación Maestría en Ingeniería Electrónica del ITESI.
Fuente de Financiamiento: CONACYT-FOMIX Vigencia: Inicio: 01/01/2013, Final: 27/05/2014 Situación: Terminado Grupo de trabajo: CA DE ELECTRÓNICA DE POTENCIA, PROFESORES DEL POSGRADO
EN INGENIERÍA ELECTRÓNICA
Nombre del proyecto: Equipamiento del laboratorio del programa de posgrado de maestría en ingeniería electrónica y eléctrica.
Fuente de Financiamiento: Programa de apoyo al desarrollo de la educación superior (PADES)-SEP
Vigencia: Inicio: 14/03/2014, Final: 30/12/2014 Situación: Terminado Grupo de trabajo: CA DE ELECTRÓNICA DE POTENCIA, PROFESORES DEL POSGRADO
EN INGENIERÍA ELECTRÓNICA
Infraestructura, equipo de laboratorio, consumibles electrónicos.
Maestría en Ingeniería Electrónica opción Electrónica de Potencia Instituto Tecnológico Superior de Irapuato
Líneas de Investigación
Las líneas de trabajo están orientadas a consolidarse en el área de calidad de la energía, energías renovables y sistemas electrónicos de potencia. Es de interés estatal, nacional e Internacional, el desarrollo de la industria energética como una opción de la actividad económica. Control y Aplicaciones a Electrónica de Potencia Responsable: Dr. José Miguel Sosa Zúñiga Objetivo: Esta línea se enfoca en el estudio de tópicos relacionados con, el modelado, control y análisis de sistemas con énfasis en problemas aplicados a sistemas electrónicos de potencia, tales como mejoramiento de la calidad de la energía, conversión de la energía a partir de fuentes renovables entre otras. Sistemas Electrónicos de Energías Renovables y Optimización de Sistemas Responsable: Dr. Pánfilo Raymundo Martínez Rodríguez Objetivo: Estudiar tópicos relacionados con los sistemas electrónicos y eléctricos de potencia que se utilizan en los sistemas de conversión de la energía eléctrica para los sistemas de energías renovables. Además, se trabaja, en la optimización de los sistemas electrónicos de potencia, para mejorar la calidad de la energía, su proceso de conversión y su adecuación a partir de fuentes no convencionales.
Asignaturas : • Matemáticas avanzadas • Teoría de sistemas lineales • Electrónica digital avanzada • Electrónica analógica avanzada • Análisis y control de sistemas no lineales • Acondicionadores para fuentes renovables de energía • Armónicos y factor de potencia en sistemas conmutados • Electrónica de potencia
El plan de estudios se distribuye de la siguiente forma: consta de cuatro semestres dentro de los cuales se plantean asignaturas básicas de carácter obligatorio, asignaturas por líneas de investigación enfocadas al fortalecimiento de las bases del área de especialidad, técnicas para el fortalecimiento de las habilidades de investigación y un proyecto de investigación que da lugar a la tesis de grado.
Asignaturas para el fortalecimiento de las habilidades de investigación
(12 créditos)
Asignaturas Básicas
(12 créditos)
Asignaturas por línea de
trabajo
(12 créditos)
Tesis
(40 créditos)
Plan de estudios
• Dr. Gerardo Vázquez Guzmán (SNI 1, perfil deseable PROMEP) Coordinador de la Maestría en Ingeniería Electrónica.
• Dr. Pánfilo Raymundo Martínez Rodríguez (SNI 1, perfil deseable PROMEP)
• Dr. José Miguel Sosa Zúñiga (SNI 1, perfil deseable PROMEP) Líder del Cuerpo Académico PROMEP ITESI-CA-02
• Dr. Mario Alberto Juárez Balderas (SNI C, perfil deseable PROMEP)
• M.I. Cesar Augusto Limones Pozos (perfil deseable PROMEP)
Planta de profesores
Laboratorio de Electrónica de Potencia equipado Planta Piloto de paneles fotovoltaicos Aulas de asignatura Biblioteca Sala de cómputo
Infraestructura
Generación Estudiante Proyecto de Tesis
2014 1. Samuel Iturriaga Medina 2. Juan Carlos Nava Cruz
1. Título: Rectificación modo corriente con compensación de corriente de línea Asesores: Dr. Pánfilo Raymundo Martínez Rodríguez
2. Título: Análisis de controladores para convertidores de potencia bilineales. Asesores: Dr. José Miguel Sosa Zúñiga.
2013 1. Martín Diosdado Hernández 2. Gerardo Jesús González
Hernández 3. Ricardo Martínez Estrada 4. José de Jesús Mendoza
Mendoza 5. Ignacio Villanueva Martínez
1. Título: Análisis diseño e implementación de un controlador para un inversor monofásico con filtro LCL. Asesores: Dr. José Miguel Sosa Zúñiga
2. Título: Inversor multinivel para sistemas FV conectados a la red sin transformador. Asesores: Dr. Gerardo Vázquez Guzmán
3. Título: . Asesores: Mario Alberto Juárez Balderas 4. Título: Filtro activo de corriente con balance de capacitores basado en una topología
NPC de medio puente Asesores: Dr. Pánfilo Raymundo Martínez Rodríguez 5. Título: Estudio de la confiabilidad Asesores: Mario Alberto Juárez Balderas
2011 1. Juan Felipe Martínez García 1. Título: Convertidor PWM con enclavamiento de punto neutro (NPC) con aplicaciones en calidad de la energía. Asesores: Dr. Pánfilo Raymundo Martínez Rodríguez
2010 1. Liliana Sánchez Cabrera 1. Título: Cogeneración de Energía Eléctrica con Sistemas Fotovoltaicos Asesores: Dr. Pánfilo Raymundo Martínez Rodríguez (terminada).
2009 1. César Augusto Limones Pozos
2. Víctor Hugo Ordaz Mosqueda
3. Jorge Ezequiel Servín Soreque
1. Título: Diseño y control de un convertidor multinivel monofásico usado como filtro activo paralelo Asesores: Dr. Andrés Alejandro Valdez Fernández, Dr. José Miguel Sosa Zúñiga (terminada).
2. Título: Diseño de un Convertidor CD-CD para un Sistema Fotovoltaico Asesores: Dr. Pánfilo Raymundo Martínez Rodríguez (terminada).
3. Título: Detección y Seguimiento del Punto de Máxima Potencia de un Sistema Fotovoltaico Asesores: M.I. Sergio Constantino Yáñez Campos (terminada).
Estudiantes de posgrado
Contacto e información M.I. J. Sacramento Solórzano Lujano Coordinador de Ingeniería Electrónica sasolorzano@itesi.edu.mx
Dr. Gerardo Vázquez Guzmán Encargado de la Maestría en Ingeniería Electrónica gerardo.vazquez@itesi.edu.mx
Tel: (462) 6067900 ext. 109 y 186 http://www.itesi.edu.mx
Ingreso 2015 Fechas de selección junio-julio Solicitud de fichas: 16 de marzo del 2015 Proceso de selección: 6 al 17 de julio del 2015 Inicio: Agosto 2015
Requisitos Aprobar examen de admisión. Aprobar entrevista de selección. Licenciatura en carrera afín Presentar Exani III Promedio mayor o igual a 80/100. Nivel aceptable de inglés.
¡Muchas gracias por su atención!
Dr. José Miguel Sosa Zúñiga Instituto Tecnológico Superior de Irapuato Junio 2015