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Universidad Autónoma de San Luis Potosí
Centro de Investigación y Estudios de Posgrado
Facultad de Ingeniería
Primer avance de tesis
Tema de tesis:
Sistema de Almacenamiento de Energía con Enlace en
Media Frecuencia para Sistemas Fotovoltaicos y
Transformadores de Estado Sólido
Presenta: Juan Carlos Coronado Vázquez.
Director de tesis: Dr. Víctor Manuel Cárdenas Galindo.
Agosto de 2017
1
I. Introducción.
Las fuentes convencionales de energía basadas en petróleo, carbón y gas natural han sido parte importante
del progreso económico. Sin embargo, con el rápido agotamiento de las fuentes de energía convencionales
y el aumento de la demanda de energía causada por el incremento poblacional han hecho que el consumo
mundial de energía haya crecido de forma considerable.
La sociedad moderna se ha visto obligada a buscar alternativas para satisfacer la demanda de energía
causada por los factores mencionados pero a su vez teniendo en cuenta el compromiso del sustento ecológico
que esto conlleve. En materia de impacto ecológico han surgido acuerdos entre países desarrollados para
tener un compromiso con el medio ambiente y reducir sus emisiones de 𝐶𝑂2 (protocolo de Kioto en 1997
y el Acuerdo de París 2015). En los últimos años con el desarrollo tecnológico se han obtenido nuevas
técnicas y métodos que tienen como objetivos la generación de energía eléctrica y el cuidado del medio
ambiente. Tecnologías como la eólica y la solar fotovoltaica, han aumentado rápidamente siendo una
alternativa para la solución del problema mencionado. Se prevé que la generación mundial de electricidad
a partir de fuentes de energía renovable crecerá 2,7 veces entre 2010 y 2035 [1].
Hoy en día la Electrónica de Potencia es una parte esencial en los sistemas tecnológicos modernos como
fuentes de energías renovables, proporcionando las herramientas necesarias para poder aprovechar nuevos
esquemas de generación de energía eléctrica en materia de generación de energía eólica y solar fotovoltaica.
En las aplicaciones mencionadas es común emplear convertidores de electrónica de potencia que fungen
como sistemas procesadores de energía para poder acoplar sistemas de corriente directa a sistemas de
corriente alterna (convertidores CD/CA) y viceversa (convertidores CA/CD); las principales conversiones
de energía así como la interconexión de los sistemas eléctricos mediante convertidores se muestran en la
Fig. 1.
Los convertidores de electrónica de potencia pueden formar estructuras más complejas como, convertidores
back – to – back, convertidores multinivel, sistemas que integren funciones como sistemas de alimentación
ininterrumpida, compensación de potencia reactiva, entre otras. Estos sistemas se han convertido en un
elemento esencial de las denominadas Redes Eléctricas Inteligentes.
Los convertidores de electrónica de potencia CA/CD o CD/CA deben ser capaces de operar ante condiciones
en el sistema eléctrico fuera de los parámetros ideales del convertidor tales como tensión, frecuencia,
potencia etc. Esta es una tarea en conjunto con un sistema de control que proporciona las estrategias de
operación que garanticen una función óptima del sistema. Este trabajo de investigación se plantea en el
análisis y desarrollo de un sistema de almacenamiento de energía en CD con enlace en media frecuencia
para sistemas fotovoltaicos y transformadores de estado sólido.
Almacenamiento
CD
CA
CA
CA
Bus de CD
Bus de CA 1 Bus de CA 2
Fuentes de
energía
Fuentes de
energía
Carga Carga
Fuentes de
energía / Carga
Frecuencia variable Frecuencia fija
CD
CA
Conversión Conversión
Conversión
Figura 1. Interconexión de los sistemas eléctricos mediante convertidores.
2
II. Antecedentes
El tema de investigación sienta sus bases e ideas de desarrollo principales en dos áreas de estudio, que en
los últimos años han tenido un alto impacto en la sociedad moderna en cuanto al desarrollo de nuevas
tecnologías. Dichas áreas de investigación son los sistemas de generación de energía eléctrica a partir de
recursos renovables, en este caso la energía fotovoltaica. El otro campo de estudio importante es el que
respecta a la electrónica de potencia en el área de desarrollo de convertidores para acondicionamiento de
generación fotovoltaica y así obtener una nueva alternativa para la generación de energía eléctrica.
II.1 Sistemas de energía solar fotovoltaica
En las últimas décadas la capacidad instalada de energía solar fotovoltaica ha experimentado un crecimiento
anual del 45% [2], esto es consecuencia de que el sector energético se ha dado cuenta que la única opción
disponible para generar energía eléctrica y satisfacer la creciente demanda será el uso de fuentes renovables
como la solar. Otra razón por la que se ha optado por esta alternativa de generación de energía es por el
beneficio anticipado a la economía nacional. Una inversión de un millón de dólares en energía solar
fotovoltaica creará sólo el 30% - 42% de la energía producida por otras centrales eléctricas, pero generará
entre 2.4 - 6.4 veces más puestos de trabajo. Por lo tanto, muchos países han desarrollado planes ambiciosos
para aumentar su producción de electricidad utilizando paneles fotovoltaicos [2].
II.2 El transformador de estado sólido
Hoy en día los sistemas de energía eléctrica están enfocados en tres puntos fundamentales: generación,
transmisión y distribución donde el transformador de potencia tiene un papel crítico en dichos sistemas, las
tendencias de desarrollo de los transformadores de potencia tradicionales se centran principalmente en
nuevos materiales magnéticos, materiales aislantes, procesos de fabricación y otros factores económicos
[3]. Con el avance de la electrónica de potencia en conjunto con otros desarrollos tecnológicos el
transformador de estado sólido se apunta como una alternativa seria que ofrece ventajas para poder obtener
y fomentar el mayor desarrollo de las redes inteligentes, haciéndolo en todos los niveles de los sistemas de
energía eléctrica.
En los últimos años los convertidores de electrónica de potencia han sido ampliamente usados en
aplicaciones de los sistemas de transmisión y distribución de energía, por ejemplo en [3] se mencionan
aplicaciones como sistemas de distribución de alta tensión en corriente directa (HVDC, por sus siglas en
inglés), sistemas flexibles de transmisión de corriente alterna (FACTs, por sus siglas en inglés) y en los
sistemas de energías renovables teniendo una gran aceptación y área de desarrollo como en sistemas de
energía solar y eólica.
Figura 2. Evolución global de la capacitad fotovoltaica instalada al 2012 [2].
3
En la década reciente, el convertidor de potencia denominado transformador de estado sólido (SST por sus
siglas en inglés), ha atraído mucha atención y ha sido ampliamente investigado para los sistemas de
distribución (también conocido como transformador electrónico de potencia o transformador universal
inteligente [4]). El primer concepto de SST se introdujo en la década de 1970, donde fue dado a conocer
como transformador electrónico, y la ventaja principal de estos sistemas era la disminución del peso
consecuencia directa de la integración de un transformador de enlace de alta frecuencia; en la actualidad la
mayoría de los SST están basados en la idea del transformador electrónico, pero no fue sino hasta la década
de los años 90 donde se obtuvo un gran desarrollo acerca de los SST. La idea del “transformador
inteligente” fue presentada en 1996, este nuevo sistema tomó como base el transformador de alta frecuencia
ofreciendo así características operativas que garantizaban niveles constantes de tensión y potencia, las cuales
fueron producto de la aplicación de técnicas de control al sistema [3] [4]. Más tarde 1999 una nueva
topología para SST conformada por tres etapas de procesamiento de energía fue patentada por Sudhoff, la
cual se ha convertido en la topología más utilizada para el desarrollo de SST en la actualidad; en la Fig. 3
se muestra el esquema general del SST [3].
La idea básica del SST es transformar tensión con un aislamiento de media a alta frecuencia, lo cual reduce
el volumen y el peso del SST en comparación con el transformador de potencia tradicional. En la Fig. 3, la
tensión de CA a frecuencia de la red eléctrica (50/60 Hz) es transformada en tensión de media frecuencia
(en el orden de los kHz y decenas de kHz), para después seguir con la etapa de elevación / reducción de
tensión por el transformador de alta frecuencia, para finalmente entrar en la tercera etapa de conversión a
una tensión deseada a frecuencia de red para así poder alimentar una carga [3].
II.3 Electrónica de potencia en sistemas de energía fotovoltaica
Los sistemas de generación de energía fotovoltaica se basan directamente en el aprovechamiento del recurso
proveniente de la naturaleza y, como tal, puede presentar fluctuaciones en la generación de energía debido
al comportamiento intermitente del recurso. Por lo tanto, para que estas nuevas fuentes de generación sean
completamente fiables como fuentes primarias de energía, el almacenamiento de energía es un factor crucial.
La energía de estas fuentes debe almacenarse cuando se produce un exceso o bien entregarse cuando los
niveles de producción sean menores que la demanda requerida. Por lo que los sistemas de almacenamiento
de energía forman parte indispensable de una unidad de generación fiable y eficaz [5]. El acoplamiento de
sistemas de generación fotovoltaica a la red eléctrica en los últimos años ha sido mediante el uso de
transformadores en media frecuencia, con el objetivo de tener una reducción en las etapas del procesamiento
de energía, mejorando la eficiencia de los sistemas de conversión de energía [6] [7].
Los sistemas fotovoltaicos con transformador en media frecuencia ofrecen más grados de libertad que los
que presentan los sistemas convencionales; dichos sistemas permiten mejorar el desempeño de los
convertidores. El aislamiento en media frecuencia que presentan los SST provee varios devanados en CD
aislados y equilibrados para así poder interconectar varias matrices fotovoltaicas y formar una sola fuente
[7]. La configuración del SST mostrada en la Fig. 3 es la más utilizada en estas aplicaciones de sistemas de
generación de energía debido a las ventajas que ofrece en cuanto a la elección de topologías disponibles en
cada etapa de procesamiento de energía, teniendo un área de oportunidad para optimizar el rendimiento en
términos de eficiencia.
CA
Fuente Transformador de estado sólido Carga
Figura 3. Esquema general del transformador de estado sólido.
4
III. Objetivos de la investigación
III.1 Motivación y objetivo general
El SST de dos puertos se puede considerar como un sistema que presenta una alternativa
complementaria de operación a los transformadores de potencia convencionales debido a que ofrece
ventajas operativas como flujo bidireccional de potencia, compensación de tensión, compensación de
potencia reactiva entre otras más. Tomando como base un convertidor de electrónica de potencia para
un transformador de estado sólido, es posible agregar un tercer puerto para incorporar generación de
energía eléctrica fotovoltaica y/o elementos de almacenamiento de energía, en la Fig. 4 se muestra el
acoplamiento.
El objetivo general del tema de investigación es el analizar y desarrollar un sistema de almacenamiento
de energía en corriente directa con enlace en media frecuencia.
III.2 Alcances y objetivos particulares
Analizar estructuras CD/CA en media frecuencia para almacenamiento de energía.
Dimensionar los convertidores para la estructura propuesta.
Se considera la puesta en operación con un acoplamiento con salida monofásica.
Construcción y validación experimental de un prototipo de laboratorio a escala con los
siguientes parámetros: Potencia nominal total de 500 W, con capacidad de almacenamiento
para un respaldo de 10 minutos (baterías y/o súper capacitores).
III.3 Contribución
La contribución del tema está enfocada a profundizar al desarrollo de un convertidor de electrónica de
potencia para almacenamiento de energía en corriente directa, con acoplamiento directo para sistemas
fotovoltaicos y transformadores de estado sólido considerando aislamiento en media frecuencia, así
como el desarrollo de estrategias de control adecuadas para el acoplamiento a la red de suministro
eléctrico.
En la Fig. 5 Se muestran en a), el esquema convencional para poder acoplar la energía de un sistema
fotovoltaico a la red de sumisito eléctrico teniendo como enlace un bus de CD, mientras que en b), se
muestra el esquema para el sistema propuesto en este trabajo de investigación donde los convertidores
están acoplados a través de un enlace en media frecuencia, reduciendo así el número de etapas de
procesamiento de energía y manteniendo el aislamiento eléctrico.
CA
Sistema de
almacenamiento
Fuente Transformador de estado sólido Carga
Figura 4. Topología del SST con tercer puerto para sistema de almacenamiento de energía.
5
Del esquema propuesto y tomando como base la configuración del transformador de estado sólido de
dos puertos, se muestra en la Fig. 6 la integración del tercer puerto al acoplamiento magnético del SST,
dicho puerto pertenece al convertidor del sistema de almacenamiento de energía.
IV. Avance de investigación
En este periodo correspondiente al primer avance de investigación, se realizaron actividades como búsqueda
y revisión bibliográfica, así como lectura y análisis de temas que guarden estrecha relación con las áreas de
interés referentes al tema de tesis. Para entender la idea central del tema de investigación se tomó como
punto de partida el análisis de procesamiento de energía en el convertidor back-to-back de dos puertos, y
verificar mediante simulación diferentes casos de operación permitidos dentro de este convertidor de
electrónica de potencia.
IV.1 Convertidor back – to – back
Como punto inicial en el tema de investigación se estudió el convertidor back-to-back (BTB, por sus siglas
en inglés) debido a que es uno de los convertidores que ha tenido impacto considerable en cuanto a control
de procesamiento de energía, dado que permite la interconexión entre dos sistemas de corriente alterna y
poder controlar el flujo de potencia entre ambos.
El nombre del convertidor BTB es debido a que está constituido por un arreglo de dos convertidores que
transforman corriente alterna a corriente directa (CA/CD, rectificador) y viceversa (CD/CA, inversor),
donde se comparte un mismo bus CD, que funge como medio de almacenamiento de energía [8].
Existen dos configuraciones las cuales están basadas en convertidores fuentes de tensión y fuente de
corriente (VSC y CCS respectivamente); la configuración basada en VSC es la más utilizada ya que presenta
mayores ventajas y facilidades referentes a procesamiento de potencia, consecuencia del flujo bidireccional
Figura 6. Integración de los convertidores con enlace en media frecuencia.
Figura 5. a) Esquema convencional de un sistema de almacenamiento de energía. b) Esquema
propuesto para el sistema de almacenamiento de energía.
CD
CD
CD
CD
CD
CA
CD
CD
CA
Generación fotovoltaica Red eléctrica Red eléctrica
Almacenamiento
de energíaAlmacenamiento
de energía
PPV
PA
PR
Generación
fotovoltaica
PPV PR
PA
a) b)
Sistema de
almacenamiento
de energía
independiente
Sistema de
almacenamiento
de energía
integrado, enlace
en media
frecuencia
CA
CD
CA
CA
CD
CA
CAPV
Generación
fotovoltaica
Red eléctrica
127 V / 60 Hz
Almacenamiento,
Batería y/o súper
capacitor
MF – 20 kHz
6
de energía con corrientes casi sinusoidales y un factor de potencia próximo a la unidad [8] [9]. En dicha
configuración los VSC pueden ser controlados de manera independiente, y de igual forma pueden
compensar \ absorber potencia reactiva en sus terminales de conexión con la red de CA [8] [9].
Análisis del convertidor back – to – back
Una de las ventajas del convertidor BTB referente a su análisis es que los VSC se pueden considerar
desacoplados en un rango de potencia si el valor del capacitor del bus de CD es lo suficientemente grande,
permitiendo representar al bus de CD como una fuente de tensión ideal para el inversor o como una carga
resistiva constante para el rectificador [8]. El principio de operación mencionado en [8] y [9] contemplan a
𝑉𝑆𝐶1 y 𝑉𝑆𝐶2 de forma desacoplada y se representan por fuentes de tensión controladas (𝑣𝑝𝑤𝑚 1,2) en donde
la amplitud, fase y frecuencia se controlan de forma independiente una de otra. La tensión en terminales de
los VSC se genera con base en la conmutación de los interruptores al igual que las corrientes 𝑖𝐶𝐷 1,2. Debido
a esta acción en los interruptores, la señal de tensión en terminales de los VSC están relacionadas con la
tensión del bus de CD (𝑣𝐶𝐷) mientras que las corrientes 𝑖𝐶𝐷 1,2 que entran al bus de CD se relacionan con
las corrientes 𝑖1,2 que circula a través de la impedancia de enlace formada por el arreglo serie en 𝐿1𝑅1 y
𝐿2𝑅2 respectivamente; para este análisis se tomó a manera de ejemplo la técnica de modulación por ancho
de pulso sinusoidal (SPWM) como en [9].
Si en el convertidor la frecuencia de conmutación es lo suficientemente alta de manera que el inductor se
presente como una impedancia elevada a dicha frecuencia, las componentes armónicas asociadas a la
conmutación no tendrán un efecto que impacte directamente en la forma de onda de la corriente por lo que
pueden despreciarse, y entonces las señales 𝑣𝑝𝑤𝑚 1 e 𝑖𝐶𝐷 1 pueden expresarse mediante la siguiente
expresión matemática, donde 𝑢 1 es la señal de modulación.
𝑣𝑝𝑤𝑚 1 = 𝑢 1 𝑣 𝐶𝐷 ( 1 )
𝑖𝐶𝐷 1 = 𝑢 1 𝑖 1 ( 2 )
Para 𝑣𝑝𝑤𝑚 2 e 𝑖 2 se tiene una estructura idéntica a (1) y (2), remplazándose así la tensión en terminales de
cada VSC y las corrientes que se suman en el nodo del bus de CD por sus valores promedio, representados
por fuentes de tensión y corriente controladas, obteniéndose el circuito equivalente; las ecuaciones (3) - (5)
representan el comportamiento del modelo promedio del convertidor BTB.
R2 L2
v1
R1L1
v2CCD
S11 S12
S13 S14
S21 S22
S23 S24
i1 i2+ vpwm1 - + vpwm2 -
iCD1 iCD2
iCD
+
-
vCD
P1 P2
VSC1 VSC2
Figura 7. Convertidor BTB monofásico con estructura VSC
7
𝐿1 𝑑𝑖1
𝑑𝑡= 𝑣 1 − 𝑅 1 𝑖 1 − 𝑢 1 𝑣 𝐶𝐷 ( 3 )
𝐿2 𝑑𝑖2
𝑑𝑡= 𝑣 2 − 𝑅 2 𝑖 2 − 𝑢 2 𝑣 𝐶𝐷 ( 4 )
𝐶𝐶𝐷
𝑑𝑣𝐶𝑑
𝑑𝑡= 𝑢 1 𝑖 1 + 𝑢 2 𝑖 2
( 5 )
La transferencia de potencia entre las fuentes se expresa en (6) considerando el valor de la resistencia
asociada al inductor es considerablemente menor al valor de la reactancia inductiva a frecuencia
fundamental.
𝑆1 =𝑉1 𝑉𝑆𝐶1 sin (𝜑1 − 𝜑2)
𝜔𝐿1
+ 𝑗𝑉1
2 − 𝑉1 𝑉𝑆𝐶1 cos(𝜑1 − 𝜑2)
𝜔𝐿1
( 6 )
Los términos de la expresión (6) representan la potencia activa y la potencia reactiva que 𝑣1 suministra a
𝑣𝑠𝑐1, dichos términos se muestran en (7) y (8) respectivamente; se observa que 𝑃1 y 𝑄1 están en función de
las magnitudes de 𝑣1 y 𝑣𝑠𝑐1, el desfasamiento entre ellas y la reactancia de enlace, por lo que el control del
flujo de potencia activa y reactiva se logra a partir de la magnitud y fase de 𝑉𝑆𝐶1.
𝑃 1 = 𝑉1 𝑉𝑆𝐶1 sin (𝜑1 − 𝜑2)
𝜔𝐿1
( 7 )
𝑄1 = 𝑉1
2 − 𝑉1 𝑉𝑆𝐶1 cos(𝜑1 − 𝜑2)
𝜔𝐿1
( 8 )
Simulaciones del convertidor back – to – back
Para el análisis del convertidor BTB se realizaron casos de simulaciones; 1) Transferir 1kW de 𝑣 1 a 𝑣 2 con
un factor de potencia unitario, 2) Transferir 400 W y 400 Vars (inductivos y capacitivos). Para ambos casos
es necesario obtener la señal de modulación 𝑢1 y 𝑢2; se tomó a las señales de tensión de 𝑣 1 y 𝑣 2 como
referencia con ángulo de cero grados para el análisis fasorial; los parámetros de simulación se muestran en
la Tabla 1.
Tabla 1. Parámetros de simulación
Parámetro 𝒗 𝟏 , 𝒗 𝟐 Tensión
Bus de CD
Frecuencia de
conmutación
𝑳 𝟏 , 𝑳 𝟐 𝑹 𝟏 , 𝑹 𝟐 𝑪 𝑪𝑫
Valor 127 𝑉 𝑅𝑀𝑆 , 60 𝐻𝑧 200 V 9960 𝐻𝑧 10 𝑚𝐻 0.377 Ω 2000 𝜇𝐹
La magnitud de 𝑖2 se obtiene considerando un factor de potencia unitario en 𝑣2.
𝐼2 =(1000 𝑊)
(127 𝑉)= 7.874 𝐴 ( 9 )
Aplicando leyes de Kirchhoff se obtiene el valor de 𝑉𝑆𝐶2 y la señal de moduladora 𝑢2.
𝑉𝑆𝐶2 = 𝑉2 + 𝐼2(𝑅2 + 𝑗𝜔𝐿2) = 133.3060 ∠ 12.86319° V ( 10 )
u2vCD
CCD
+
-
vCD
u1i1 u2i2v1
R1L1
i1
+
-u1vCD v2
R2 L2
+
-
i2
Figura 8. Circuito equivalente del convertidor BTB
8
𝑢2 = √2 𝑉𝑆𝐶2
𝑉𝐶𝐷= 0.9426 ∠ 12.8632° V
( 11 )
Para poder determinar la señal moduladora 𝑢1 se debe considerar la disipación de potencia en la resistencia
de enlace entre 𝑉𝑆𝐶2 y 𝑣2 las cuales se pueden determinar por la siguiente expresión:
𝑃𝑉𝑆𝐶2= 1000 𝑊 + 𝐼2
2𝑅2 = 1023.3734 𝑊 ( 12 )
La expresión de potencia entregada por 𝑣1 considerando un factor de potencia unitario se muestra en (13),
y resolviendo se obtiene la magnitud de la corriente 𝑖1.
𝑉1𝐼1 = 1023.3734 𝑊 + 𝐼12𝑅1 ( 13 )
𝐼1 = 8.2606 𝐴 ( 14 )
Para la señal moduladora 𝑢1 se sigue de un procedimiento similar a 𝑢2, con el siguiente valor.
𝑢1 = 0.9032 ∠ − 14.1103° 𝑉 ( 15 )
En la Fig. 9 Se muestran los resultados de la simulación del primer caso, donde se aprecia que las tensiones
𝑣1 y 𝑣2 están en fase con las corrientes 𝑖1 e 𝑖2 respectivamente, por lo que se garantiza el consumo de 1 kW
en 𝑣2 con un factor de potencia unitario, mientras que 𝑣1 suministra la potencia necesaria para lograr lo
antes mencionado; el suministro de potencia por 𝑣1 es con un factor de potencia unitario.
Para el caso de 400 W y 400 Vars se tiene un factor de potencia de 0.707 debido a que el ángulo de
desfasamiento entre tensión y corriente es de 45 grados, dicho desfasamiento puede ser en atraso (Vars
inductivos) o en adelanto (Vars capacitivos); como primer inciso se revisó el caso de potencia reactiva de
tipo inductiva.
La magnitud de la corriente 𝑖2 se obtiene de la ecuación siguiente:
𝐼2 ∠ − 45° =(400 𝑊)
(127 𝑉) cos( 45 ) ∠ − 45° = 4.4542 ∠ − 45° 𝐴
( 16 )
Para las señales moduladoras, al igual que el caso anterior se consideran las disipaciones de potencia que se
presentan en las resistencias de enlace de los convertidores con la red de CA; los valores de las señales
moduladoras son las siguientes.
0
-100
-200
100
200
V1 I1
0
-100
-200
100
200
V2 I2
4.71 4.725 4.74 4.755 4.77 4.785 4.8 4.815 4.83 4.845 4.86 4.875 4.89 4.905 4.92 4.935 4.95 4.965 4.98 4.995
Time (s)
640
720
800
880
960
1040
1120
1200
AVG(V1*I1) AVG(V2*I2)
P1
P2
Tensión y corriente de v1
Tensión y corriente de v2
Potencia entregada por v1
Potencia consumida por v2
Figura 9. Resultados de simulación para 1kW
9
𝑢1 = 0.8059 ∠ − 5.5899° 𝑉 ( 17 )
𝑢2 = 0.9932 ∠ 4.3630° 𝑉 ( 18 )
En la Fig. 10 Se muestran los resultados de la simulación, donde se aprecia que las señales de tensión y
corriente en las fuentes 𝑣1 y 𝑣2 presentan un desfasamiento de 45 grados; el factor de potencia es en atraso
debido a que la señales de corriente están retrasadas con respecto a las señales de tensión.
Para el caso donde se desea una transferencia y un consumo de potencia reactiva del tipo capacitiva los
valores de las señales moduladoras se obtienen de forma similar al caso anterior solo que el ángulo de fase
de la corriente es negativo, las señales moduladoras para dicha acción son las siguientes:
𝑢1 = 0.9812 ∠ − 5.6115° 𝑉 ( 19 )
𝑢2 = 0.8276 ∠ 6.4070° 𝑉 ( 20 )
En la Fig. 11 Se muestran los resultados para la potencia de tipo capacitiva, donde ahora las señales de
corriente adelantan a las señales de tensión obteniéndose así un factor de potencia en adelanto.
Figura 10. Simulación 400W y 400 Vars inductivos.
Figura 11. Simulación 400W y 400 Vars capacitivos.
0
-100
-200
100
200
Vred Ired*10
0
-100
-200
100
200
Vo Io*10
300
320
340
360
380
400
420
440
460
480
500
P1 P2
3.8 3.85 3.9 3.95 4
Time (s)
150
200
250
300
350
400
Q2 Q1
Tensión y corriente de v1
Tensión y corriente de v2
Potencia activa entregada por v1
Potencia activa consumida por v2
Potencia reactiva consumida por v2
Potencia reactiva entregada por v1
0
-100
-200
100
200
Vred Ired*10
0
-100
-200
100
200
Vo Io*10
0
100
200
300
400
500
P1 P2
4.8 4.85 4.9 4.95 5
Time (s)
0
-200
-400
-600
-800
200
400
Q1 Q2
Tensión y corriente de v1
Tensión y corriente de v2
Potencia activa entregada por v1
Potencia activa consumida por v2
Potencia reactiva consumida por v2
Potencia reactiva entregada por v1
10
V. Programación de actividades
Actividades inmediatas a realizar:
Análisis de convertidores para almacenamiento de energía sin aislamiento.
Análisis de un convertidor CA/CA de tres puertos
Calendario de actividades futuras propuesto:
Ago Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago
1 X X X X X
2 X X X X X
3 X X
4 X X X
5 X X X X X X
6 X X X
7 X X X
8 X X
9 X X X X X X
10 X X X X
1. Análisis y búsqueda bibliográfica.
2. Cubrir cursos académicos.
3. Análisis de convertidores para sistemas fotovoltaicos y SST.
4. Análisis de convertidores para sistemas de almacenamiento de energía.
5. Diseño, desarrollo y construcción de un prototipo experimental.
6. Evaluación experimental.
7. Estudio de las estructuras de control.
8. Escritura de artículo de congreso y/o revista internacional.
9. Escritura de documentos de avance de tesis y del documento de tesis.
10. Presentación de tesis, examen previo y examen de grado.
VI. Referencias
[1] O. Ellabban, H. Abu-Rub y F. Blaabjerg, «Renewable energy resources: Current status, future prospects and their enabling technology,»
Renewable and Sustainable Energy Reviews, pp. 748-764, 2014.
[2] M. S. ElNozahy y M. M. A. Salama, «Technical impacts of grid-connected photovoltaic systems on electrical networks—A review,» Journal
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[3] X. She, A. Q. Huang y Burgos, «Review of solid-state transformer technologies and their application in power distribution systems,» IEEE
Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, pp. 186-198, 2013.
[4] A. LiCore, «Laboratorio de Investigación en Control Reconfigurable, A.C.,» Marzo 2015. [En línea]. Available: http://licore.org/wp-
content/uploads/2015/06/LiCore_2015_FO-TrInES.pdf.
[5] I. Hadjipaschalis, A. Poullikkas y V. Efthimiou, «Overview of current and future energy storage technologies for electric power applications.,»
Renewable and sustainable energy reviews, pp. 1513-1522, 2009.
[6] M. R. Islam, Y. Guo y J. Zhu, «A medium-frequency transformer with multiple secondary windings for grid connection through H-bridge
voltage source converters,» Electrical Machines and Systems (ICEMS), pp. 1-6, 2015.
[7] M. R. Islam, Y. Guo y J. Zhu, «A multilevel medium-voltage inverter for step-up-transformer-less grid connection of photovoltaic power
plants,» IEEE journal of photovoltaics, pp. 881-889, 2014.
[8] J. A. Alcála Rodríguez, ESTUDIO DEL CONVERTIDOR BACT-TO-BACK, UNIVERSIDAD DE COLIMA, 2016.
[9] M. A. Hérnandez Cruz, «Análisis y desarrollo de un convertidor CA/CD/CA de tres puertos para el control del flujo de potencia,» Maestría
en Ingeniería, (Incluido en el Padron nacional de Posgrados), UASLP, Febrero 2015.