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El presente trabajo de investigación se ha dedicado al estudio y la caracterización de un conjunto de sistemas electrónicos de potencia basados en convertidores resonantes Quantum con subsistemas de control en modo de deslizamiento, utilizados en aplicaciones de estabilización de tensión y de seguimiento de señal.El trabajo se inicia con la presentación detallada del principio de funcionamiento de un amplio conjunto de convertidores Quantum, incluyendo la descripción de la estrategia de actuación sobre los interruptores y la identificación de las posibles acciones de control de acuerdo con el modo de operación seleccionado. Este estudio ha facilitado la deducción de unos modelos que permiten agrupar las ecuaciones de estado de más de un convertidor por medio de dos variables de control. Seguidamente se propone un método de modelado de convertidores resonantes, basado en la clasificación y aproximación de las variables de estado según su comportamiento dinámico. Los modelos promediados resultantes son válidos no sólo en un entorno reducido del punto nominal de funcionamiento del convertidor, sino en situaciones de arranque del sistema y en presencia de grandes variaciones en la tensión de entrada, la carga y la tensión de referencia. Además, es posible identificar modelos de orden reducido, que contienen las variables de control, la tensión de entrada y la carga, y las variables de estado promediadas más significativas. Por lo tanto, la simplicidad de los modelos resultantes y su amplio margen de validez hacen del método de modelado la herramienta adecuada para la caracterización de convertidores resonantes y la introducción de técnicas de control no lineales en esta clase de estructuras de conversión.Posteriormente se desarrolla un nuevo procedimiento de diseño de controladores en modo de deslizamiento para convertidores conmutados con múltiples entradas de control, basado en el segundo método de Lyapunov y el método del control equivalente. La utilización del método de diseño proporciona la configuración de las superficies de deslizamiento y las leyes de control, y al mismo tiempo, facilita la determinación de las principales restricciones que deben satisfacer los parámetros de los controladores para el correcto funcionamiento de estos sistemas. Otras características fundamentales del método son la simplicidad de los subsistemas de control resultantes y el excelente comportamiento de los convertidores que lo utilizan.Finalmente se implementan cuatro prototipos experimentales suficientemente representativos del problema de estabilización de tensión y de seguimiento de señal en este tipo de sistemas. Los estudios teóricos realizados y el análisis de los resultados de simulación y de las medidas efectuadas sobre los prototipos han permitido derivar las propiedades más significativas de los sistemas electrónicos de potencias estudiados en el presente trabajo: pérdidas de conmutación prácticamente nulas, simple procesado del ruido EMI, gran robustez frente a perturbaciones externas, posibilidad de alimentar a cargas de diferente naturaleza y simple realización del control. Asimismo, es necesario remarcar la existencia de un compromiso de diseño entre la consecución de una excelente respuesta dinámica y un elevado rendimiento, según la elección de topologías resonantes con una o dos acciones de control., This work deals with the study of stabilization and tracking problems in power electronics systems, using Quantum resonant converters and sliding mode control. In both applications, large-signal behavior due to the presence of large amplitude disturbances in the input voltage, the load or the reference is considered. In this case, linear models are insufficient to analyze the system behavior, thus not being able to lead to an accurate conception of the control loop.At first, a non-linear modeling method of resonant converters is introducing, starting from the system state variable partition in two subsets, one corresponding to the fast variation components and the other to the slow variation ones. The resulting averaged models are valid in transient state as well as in the steady-state, and also in large-signal operation. Moreover, reduced-order models can be identified, which consists of external inputs and significant state-space variables. Thus, the modeling method is an easy-to-use tool which can be use not only for the analysis of the converter but also for the design of the control loop.Secondly, a design method of sliding mode controllers for multi-input converters is developed. The method is based on the Lyapunov function approach, and it provides both the structure of the switching surfaces and their associated control laws, guaranteeing globally state behavior. Here, the design procedure is applied to the reduced-order models of different resonant converters resulting in close-loop controllers with simple implementation and fast transient response.Finally, several high-frequency prototypes sufficiently representative of stabilization and tracking problems (two regulators, one inverter, and one transformer) are built and tested to verify the proposed methods of modeling and control design. Comparing the theoretical predictions with simulation and experimental results, the following characteristics of the power electronic systems studied here have been deduced: low switching losses, low EMI noise, robust output voltage response with respect to external disturbances, and simple close-loop implementation. Moreover, it is necessary to point out the existence of a design trade-off between an excellent dynamic response and a high efficiency, according to the selection of resonant topologies with one or two control actions.

Aquest llibre presenta una col·lecció de problemes resolts sobre circuits limitadors, circuits rectificadors, circuits reguladors amb zener, circuits de polarització de transistors, circuits d'amplificadors amb un transistor, circuits d'amplificadors amb més d'un transistor i circuits d'amplificadors diferencials. Aquests problemes poden resultar molt útils per tal d'ajudar a consolidar els coneixement teòrics adquirits i familiaritzar-se amb els principals punts específics de cada tema. S'ha procurat guiar l'estudiant seguint una línia ascendent quant al grau de dificultat dels problemes, que esdevenen així un suport al desenvolupament de les classes de teoria. S'ha intentat seguir una línia clara en la resolució de cada un dels problemes, partint de les dades de l'enunciat fins arribar a la solució demanada. Així, doncs, en primer lloc, en cada equació utilitzada s'ha de fer al·lusió a la llei o al teorema a què corresponen; en segon lloc, s'han explicat les aproximacions necessàries allà on es requeria i s'ha comprovat a posteriori la validesa d'aquestes aproximacions, i finalment s'ha prestat especial atenció a les unitats dels paràmetres calculats, atès que l'experiència demostra que moltes vegades és en aquest punt on l'estudiant es despista.

El presente trabajo de investigación se ha dedicado al estudio y la caracterización de un conjunto de sistemas electrónicos de potencia basados en convertidores resonantes Quantum con subsistemas de control en modo de deslizamiento, utilizados en aplicaciones de estabilización de tensión y de seguimiento de señal.El trabajo se inicia con la presentación detallada del principio de funcionamiento de un amplio conjunto de convertidores Quantum, incluyendo la descripción de la estrategia de actuación sobre los interruptores y la identificación de las posibles acciones de control de acuerdo con el modo de operación seleccionado. Este estudio ha facilitado la deducción de unos modelos que permiten agrupar las ecuaciones de estado de más de un convertidor por medio de dos variables de control. Seguidamente se propone un método de modelado de convertidores resonantes, basado en la clasificación y aproximación de las variables de estado según su comportamiento dinámico. Los modelos promediados resultantes son válidos no sólo en un entorno reducido del punto nominal de funcionamiento del convertidor, sino en situaciones de arranque del sistema y en presencia de grandes variaciones en la tensión de entrada, la carga y la tensión de referencia. Además, es posible identificar modelos de orden reducido, que contienen las variables de control, la tensión de entrada y la carga, y las variables de estado promediadas más significativas. Por lo tanto, la simplicidad de los modelos resultantes y su amplio margen de validez hacen del método de modelado la herramienta adecuada para la caracterización de convertidores resonantes y la introducción de técnicas de control no lineales en esta clase de estructuras de conversión.Posteriormente se desarrolla un nuevo procedimiento de diseño de controladores en modo de deslizamiento para convertidores conmutados con múltiples entradas de control, basado en el segundo método de Lyapunov y el método del control equivalente. La utilización del método de diseño proporciona la configuración de las superficies de deslizamiento y las leyes de control, y al mismo tiempo, facilita la determinación de las principales restricciones que deben satisfacer los parámetros de los controladores para el correcto funcionamiento de estos sistemas. Otras características fundamentales del método son la simplicidad de los subsistemas de control resultantes y el excelente comportamiento de los convertidores que lo utilizan.Finalmente se implementan cuatro prototipos experimentales suficientemente representativos del problema de estabilización de tensión y de seguimiento de señal en este tipo de sistemas. Los estudios teóricos realizados y el análisis de los resultados de simulación y de las medidas efectuadas sobre los prototipos han permitido derivar las propiedades más significativas de los sistemas electrónicos de potencias estudiados en el presente trabajo: pérdidas de conmutación prácticamente nulas, simple procesado del ruido EMI, gran robustez frente a perturbaciones externas, posibilidad de alimentar a cargas de diferente naturaleza y simple realización del control. Asimismo, es necesario remarcar la existencia de un compromiso de diseño entre la consecución de una excelente respuesta dinámica y un elevado rendimiento, según la elección de topologías resonantes con una o dos acciones de control. This work deals with the study of stabilization and tracking problems in power electronics systems, using Quantum resonant converters and sliding mode control. In both applications, large-signal behavior due to the presence of large amplitude disturbances in the input voltage, the load or the reference is considered. In this case, linear models are insufficient to analyze the system behavior, thus not being able to lead to an accurate conception of the control loop.At first, a non-linear modeling method of resonant converters is introducing, starting from the system state variable partition in two subsets, one corresponding to the fast variation components and the other to the slow variation ones. The resulting averaged models are valid in transient state as well as in the steady-state, and also in large-signal operation. Moreover, reduced-order models can be identified, which consists of external inputs and significant state-space variables. Thus, the modeling method is an easy-to-use tool which can be use not only for the analysis of the converter but also for the design of the control loop.Secondly, a design method of sliding mode controllers for multi-input converters is developed. The method is based on the Lyapunov function approach, and it provides both the structure of the switching surfaces and their associated control laws, guaranteeing globally state behavior. Here, the design procedure is applied to the reduced-order models of different resonant converters resulting in close-loop controllers with simple implementation and fast transient response.Finally, several high-frequency prototypes sufficiently representative of stabilization and tracking problems (two regulators, one inverter, and one transformer) are built and tested to verify the proposed methods of modeling and control design. Comparing the theoretical predictions with simulation and experimental results, the following characteristics of the power electronic systems studied here have been deduced: low switching losses, low EMI noise, robust output voltage response with respect to external disturbances, and simple close-loop implementation. Moreover, it is necessary to point out the existence of a design trade-off between an excellent dynamic response and a high efficiency, according to the selection of resonant topologies with one or two control actions.

In 2015 the United Nations established the 17 Sustainable Development Goals: a set of interrelated objectives and a guide to reach a more sustainable and higher quality future for all humanity. The goals were set with a timeline for 2030, the seventh goal refers specifically to the universal access to “affordable and clean energy”. Taking account the considerable fraction of world population that do not have access to electricity, especially in rural areas, this goal still requires a great effort and investment. Rural hybrid microgrids, that integrate and manage solar and wind energy resources to provide electric service to remote locations, are a promising solution to reach this “last mile” scenario. However, as is reported in the literature, there is still scarce information about the performance of these systems based on measured data obtained in real working field conditions. This work aims to contribute to this aspect mainly by analyzing the data obtained in the 9 kW Laguna Grande community hybrid microgrid, which is cooperative since 2016 in the coast of Perú, and has been equipped with sensors and data acquisition systems that measure and register solar radiation, wind speed, temperatures, and all the relevant electric parameters. As a preliminary study, the rural electrification gap and costs are assessed, as well as the availability of solar and wind resources in the area of interest. A literature and state of the art review is undertaken followed by the definition of the microgrid concept and the different ways in which a rural microgrid can be configured. The particular way in which the Laguna Grande microgrid is configured and instrumented is described. Measured meteorological conditions as solar radiation, wind speed and temperature are analyzed and related to the power generated by the photovoltaic arrays and wind turbine. This in turn leads to a balance with respect to the power delivered to the community and consequently to the voltage levels of the battery bank. Battery dynamics concepts are used to determine the depth of discharge (DOD) of the batteries in a real time regime. The statistics of the DOD values allows for the duration of the battery to be estimated which is a key factor to the microgrid economics and reliability. A parametric study is done to assess the effect of varying battery size on the technical and economic performance of the microgrid; similarly, with generating capacity in both photovoltaic arrays and wind turbines. Complementarily, a commercial software is used to optimize the microgrid, introducing state of the art components as lithium-ion batteries, power electronics and photovoltaic modules for a future upgrade. Finally, this study would not be complete without emphasizing the importance and adequate consideration of the human factor for the success and long-term sustainability of rural electrification projects. En el año 2015 las Naciones Unidas estableció los 17 Objetivos de Desarrollo Sostenible: un conjunto de objetivos interrelacionados y una guía para alcanzar un futuro más sostenible y de mayor calidad para toda la humanidad. Las metas se establecieron con una línea de tiempo para el 2030, la séptima meta se refiere específicamente al acceso universal a “energía limpia y asequible”. Teniendo en cuenta la fracción considerable de la población mundial que no tiene acceso a la electricidad, especialmente en las zonas rurales, este objetivo aún requiere un gran esfuerzo e inversión. Las microrredes híbridas rurales, que integran y gestionan los recursos de energía solar y eólica para proporcionar servicio eléctrico a lugares remotos, son una solución prometedora para llegar a este escenario de “última milla”. Sin embargo, como se reporta en la literatura, aún existe poca información sobre el desempeño de estos sistemas basada en datos medidos y obtenidos en condiciones operativas, reales de campo. Este trabajo busca contribuir en este aspecto principalmente mediante el análisis de los datos obtenidos en la microrred híbrida comunitaria de 9 kW en Laguna Grande, que está operativa desde 2016 en la costa de Perú. Esta microrred ha sido equipada con sensores y sistemas de adquisición de datos que miden y registran la energía solar, radiación, velocidad del viento, temperaturas y todos los parámetros eléctricos relevantes. Como estudio preliminar se evalúa la brecha y costos de electrificación rural, así como la disponibilidad de recurso solar y eólico en la zona de interés. Se realiza una revisión bibliográfica y del estado del arte, seguida de la definición del concepto de microrred y las diferentes formas en que se puede configurar una microrred rural. Se describe la forma particular en que se configura e instrumenta la microrred de Laguna Grande. Las condiciones meteorológicas medidas como la radiación solar, la velocidad del viento y la temperatura se analizan y relacionan con la energía generada por los arreglos fotovoltaicos y la turbina eólica. Esto a su vez conduce a realizar un balance con respecto a la potencia entregada a la comunidad y consecuentemente a los niveles de voltaje del banco de baterías. Los conceptos de dinámica de batería se utilizan para determinar la profundidad de descarga (DOD) de las baterías en un régimen a tiempo real. Las estadísticas de los valores DOD permiten estimar la duración de la batería, lo cual es un factor clave para la economía y confiabilidad de la microrred. Se realiza un estudio paramétrico para evaluar el efecto de variar el tamaño de la batería en el desempeño técnico y económico de la microrred; de igual forma, con la capacidad de generación tanto en arreglos fotovoltaicos como turbinas eólicas. Complementariamente, se utiliza un software comercial para optimizar la microrred, introduciendo componentes de última generación como baterías de iones de litio, electrónica de potencia y módulos fotovoltaicos para una futura actualización. Finalmente, este estudio no estaría completo sin enfatizar la importancia y la adecuada consideración del factor humano para el éxito y la sostenibilidad a largo plazo de los proyectos de electrificación rural. Enginyeria electrònica

In this work, a new algorithm for the multiobjective optimization of low and medium voltage electrical grids and microgrids is proposed. The originally nonlinear planning model is linearized using the economic current density concept, and the errors from the linearization are corrected by means of comparisons with load flow calculations in an iterative routine. This linearization adjustment allows for the calculation of the Pareto optimal solutions without having to solve the nonlinear model directly using techniques that may present convergence problems. The proposed algorithm is developed as a method for the optimal design and tertiary control of low and medium voltage grids and microgrids, allowing the calculation of the optimal power generation and the most efficient grid configuration. En el presente trabajo se propone un nuevo algoritmo que permite resolver el planteamiento multiobjetivo del problema de optimización de redes de baja y media tensión. Para ello, se utiliza un modelo linealizado basado en el concepto de la “densidad económica de corriente”, en el cual se incluye un técnica iterativa que permite corregir los errores provenientes de la linealización mediante comparaciones contra los valores obtenidos del flujo de carga en cada iteración. Este ajuste de la linealización permite corregir el error introducido obteniendo en consecuencia soluciones exactas sin necesidad de resolver el modelo no lineal, para el cual las técnicas directas de resolución pueden presentar problemas de convergencia. El algoritmo propuesto se desarrolla como un método para el diseño y control técnica y económicamente eficiente de las redes de baja y media tensión y microrredes, permitiendo establecer el punto de operación de la generación y la configuración óptima de la red

This thesis focuses on the control methods applied to current source resonant converters, especially in two different applications of switching power supplies and wire-less power transfer systems. In fact, the existing applications are mostly working with voltage source resonant converters. For voltage-source resonant converters, many control strategies have been analyzed and investigated, turning this into a mature technology nowadays. The current-source resonant converter is an alternative solution as they offer well-known advantages such as non-pulsating input current, low stress for switches, simple driving circuitry, and short circuit protection capabilities. However, there is an obvious lack of control methods applicable to current-source resonant converters. In addition, obtaining an appropriate dynamic model to be used in control design is the other challenging issue in this field. Hence, the objectives of this thesis are used to fill these gaps. The proposed control schemes are: - Frequency modulation control scheme applied to a DC/DC current-source parallel resonant converter. - Sliding mode control scheme with amplitude modulation applied to a DC/DC current-source parallel resonant converter. - A control scheme for a multiple-output DC/DC current-source parallel resonant converter. - A communication-less control scheme for a variable air-gap wireless energy transfer system using a current-source resonant converter., Esta tesis doctoral está centrada en los métodos de control aplicados a los convertidores resonantes con fuente de corriente, especialmente en dos aplicaciones distintas como son fuentes de alimentación conmutadas y sistemas de transferencia de energía sin hilos. De hecho, las aplicaciones existentes trabajan principalmente con convertidores alimentados mediante fuentes de tensión. Para los convertidores resonantes con fuente de tensión, se han analizado muchas estrategias de control en la literatura, lo que hace hoy en día que esta sea una tecnología madura. El convertidor resonante con fuente de corriente es una solución alternativa, que ofrece ventajas conocidas como corriente de entrada no pulsante, baja tensión para interruptores, circuitos de conducción sencillos y capacidades de protección contra cortocircuitos. Sin embargo, existe una falta evidente de métodos de control aplicables a los convertidores resonantes con fuente de corriente. Además, otro desafío en este tema es la obtención de modelos dinámicos apropiados para el diseño del control. Por lo tanto, los objetivos de esta tesis se utilizan para llenar estos vacíos. Los esquemas de control propuestos son: - Esquema de control en frecuencia aplicado a un convertidor resonante paralelo con fuente de corriente para reguladores de tensión en continua - Esquema de control en modo de deslizamiento con modulación de amplitud aplicado a un convertidor resonante paralelo con fuente de corriente para reguladores de tensión en continua. - Esquema de control para un convertidor resonante paralelo con fuente de corriente para la regulación de tensión en continua de varias salidas. - Esquema de control sin comunicaciones para un sistema de transferencia de energía sin hilos con un transformador con entrehierro variable basado en un convertidor resonante con fuente de corriente.

Tesi per compendi de publicacions, amb diferents seccions retallades pels dret de l'editor Premi Extraordinari de Doctorat, promoció 2018-2019. Àmbit de les TIC The present doctoral thesis is focused on the analysis and design of control strategies for the secondary control layer of islanded AC microgrids without the use of communications. The work is submitted as a compendium of publications, composed by journals and international conference papers. The first contribution is a control strategy for the secondary control layer based on a switchable configuration, that does not require the use of communications. For stability analysis purposes, a closed-loop system modeling is presented, which is also used to determine design considerations for the control parameters. The second contribution is a complementary control strategy that improves the frequency regulation of the previous proposed control, using a dynamic droop gain in the primary layer. For this purpose, a time protocol that drives the variable parameters is proposed which guarantees an effectively reduction of the maximum frequency error without relying on complex techniques, maintaining the simplicity of the basis strategy and the non-use of communications. The third contribution is a multi-layer hierarchical control scheme that is composed by a droop-based primary layer, a time-driven secondary layer and an optimized power dispatch tertiary layer. The proposed control guarantees an excellent performance in terms of frequency restoration and power sharing. The fourth contribution is an improved secondary control layer strategy without communications, which presents superior operating performance compared with the previous proposals. The scheme is based on a event-driven operation of a parameter-varying filter which ensures perfect active power sharing and controllable accuracy for frequency restoration. A complete modeling that considers the topology of the MG and the electrical interaction between the DGs is derived for the stability analysis and to determine design guidelines for the key control parameters. For the purpose of analyzing and verifying the operational performance of the control schemes, an experimental MG was implemented, where selected tests were carried out. The obtained results are discussed and its relation with the doctoral thesis objectives analyzed. The thesis ends presenting conclusions and future research lines. La presente tesis doctoral se enfoca en el análisis y diseño de estrategias de control para la capa de control secundaria en microrredes aisladas de corriente alterna, sin el uso de comunicaciones. El trabajo se presenta en la modalidad de compendio, por lo que está compuesto por publicaciones previamente aceptadas en revistas y congresos científicos internacionales. La primera contribución es un estrategia de control para la capa secundaria basada en una configuración conmutable, que no requiere el uso de comunicaciones. Con el propósito de analizar la estabilidad, se presenta el modelado del sistema de lazo cerrado, que también es usado para determinar reglas de diseño de los parámetros de control. La segunda contribución es una estrategia de control complementaria que mejora la regulación de frecuencia de la propuesta anterior, usando una ganancia dinámica en la capa de control primaria. Se propone la variación de los parámetros siguiendo un protocolo de tiempo, garantizando la reducción del error máximo de frecuencia sin depender de técnicas complejas, manteniendo la simplicidad de la estrategia base y sin requerir comunicaciones. La tercera contribución es un esquema de control jerárquico compuesto por una capa primaria basada en el método de la pendiente, una capa secundaria controlada por un protocolo de tiempo y una capa terciaria que optimiza el despacho de potencias. El control propuesto garantiza un excelente desempeño en términos de la regulación de la frecuencia y la compartición de potencias. La cuarta contribución es una estrategia de control para la capa secundaria que no usa comunicaciones, la cual presenta un comportamiento operativo superior comparado con las propuestas anteriores. El esquema está basado en una operación controlada por eventos, de un filtro con parámetros variables que garantiza una perfecta compartición de potencias y una precisa restauración de frecuencia. Además, para el análisis de la estabilidad y la determinación de pautas de diseño de los parámetros se presenta un modelo que considera la topología de la microrred y las interacciones eléctricas de los generadores. Con el objetivo de analizar y verificar el desempeño operativo de los esquemas de control, se implementó una microrred experimental donde se llevaron a cabo las pruebas requeridas. Se discutieron los resultados obtenidos y se analizó su relación con los objetivos de la tesis doctoral. El documento termina presentado las conclusiones así como futuras líneas de investigación Award-winning

The objective of this thesis is the development of control strategies for distributed generation systems during voltage sags. The proposed control strategies present different options to improve the behavior of inverters during voltage unbalances and grid faults. Therefore, it could be possible to contribute to ride-through the perturbation and to avoid the disconnection of power suppliers during these contingencies. The scope of the proposed strategies covers a wide range of possibilities, from static voltage unbalance to dynamic voltage sags. The control algorithms are versatile and their usefulness is discussed in detail. The utility of these algorithms is focused on distributed generation in power networks with high penetration of renewables energy sources, mainly wind farms, located in remote zones and connected in weak grids. The proposed control strategies are: (i). Voltage support control of the maximum and minimum phase voltages within the limits for continuous operation. (ii). Control of positive and negative active and reactive powers to flexibilize the low-voltage ridethrough services, by injecting the maximum current of the inverter. (iii). On the use of effective power factor for reducing the voltage unbalance in static grid voltage perturbations., El objetivo de esta tesis es el desarrollo de estrategias de control para sistemas de generación distribuida durante huecos de tensión. Las estrategias de control propuestas presentan diferentes alternativas para mejorar el comportamiento de los inversores durante desbalanceos y fallos de red. De esta forma, es posible contribuir a la superación de la perturbación y evitar la desconexión de los sistemas de potencia ante este tipo de contingencias. El ámbito de aplicación de las estrategias propuestas cubre un gran abanico de posibilidades, desde desbalanceos de tensión estáticos hasta huecos de tensión dinámicos. Los algoritmos de control son versátiles y su aplicabilidad es discutida en detalle. La utilidad de estos algoritmos está enfocada hacia sistemas de generación distribuida en redes eléctricas con gran integración de renovables, principalmente eólica, ubicados en zonas remotas y conectados a una red blanda. Las estrategias de control presentadas son (i). Control para el soporte de tensión máxima y mínima dentro de los límites para la operación continua. (ii). Control de potencias activa y reactiva de secuencia positiva y negativa para flexibilizar los servicios durante huecos de tensión, inyectando el máximo de corriente permitida por el inversor. (iii). Alternativas para la utilización del factor de potencia efectivo para reducir el desbalanceo en perturbaciones estáticas de tensión.

Se presenta un control de potencia reactiva, para plantas de generación eléctrica conectadas a red a través de inversores trifásicos, capaz de tratar la problemática de los huecos de tensión. Las redes de distribución eléctrica presentan unas normas que describen el comportamiento de la fuente de energía ante los fallos de red, con referencia a la inyección de potencia reactiva para permanecer conectado a la misma. Se detalla el funcionamiento del control y las limitaciones que este presenta. Una vez expuesto el control se realiza un estudio de las distintas estrategias de inyección de potencia reactiva dependiendo de las características del hueco de tensión. El estudio se realiza mediante los resultados obtenidos de diferentes pruebas realizadas en el entorno de programación Matlab-Simulink. Paraules clau

The multiphase synchronous buck converter is universally used today for powering low voltage, high current and high slew-rate loads, such as CPUs and other high performance digital ICs. This converter demands control techniques with high dynamical response in order to face large and fast load transients. In this regard, hysteretic regulators represent an excellent option due to their immediate reaction, unlimited duty cycle and outstanding capacity for handling large signal regimes. The main contributions of much published work in the field of multiphase hysteretic controllers are current sharing and phase interleaving. However, the author is not aware of any studies describing a control scheme that integrates the main control functions for powering such demanding loads: output voltage regulation, adaptive voltage positioning, current sharing and phase interleaving. Nor is there a design methodology based on the closed-loop output impedance. This design would optimize the output voltage transient response and, in this way, the entire voltage tolerance window of the processor would be exploited. Thus, this research work presents a novel hysteretic controller for a multi-phase synchronous buck converter supplying low voltage, high current and high slew-rate loads along with a design methodology based on closed-loop output impedance analysis. The single-phase hysteretic controller is the start point for this research work. Several authors have extensively treated the single-phase hysteretic controller. In this regard, a review of a low-cost single-phase control scheme is carried out first. The main feature of this controller is the lack of current sensing and processing circuitry in order to accomplish the adaptive voltage regulation. Then, the influence of variations of the inductor and output capacitor and the control parameters on the output impedance is studied. This has allowed for establishing a correspondence between each of the control parameters and the output filter components. The review finishes by implementing a synchronization system to achieve fixed switching frequency in steady state while maintaining the instantaneous reaction and optimal output-voltage response during transients. At this point, a novel low-cost hysteretic controller for multiphase synchronous buck converters is presented. Two design alternatives for the controller are proposed. The first uses an equivalent single-phase converter to design the control parameters. This approximation is valid as long as the deviations between the phases of the converter are within the usual limits (+/- 15 %). The second does the same considering the exact model of the converter, achieving resistive output impedance regardless of the differences that exist between the phases. Simulation and experimental results are reported in order to validate the features of the novel control scheme. From a practical point of view, the lack of current sensing and processing circuitry in the controller allow for a simple and low-cost implementation of the adaptive voltage positioning and current sharing with outstanding performance. The injection of an external synchronization signal has been proved to be a simple alternative in order to implement fixed switching frequency and phase interleaving operation. Finally, the proposed controller achieves similar characteristics to the high performance controllers intended for powering low voltage, high current and fast transient loads, but with the additional advantage of simplicity and low-cost circuit implementation., Actualmente, el convertidor buck síncrono multifase es universalmente utilizado para la alimentación de cargas dinámicas de baja tensión y elevada corriente como CPUs y otros circuitos integrados digitales de altas prestaciones. Este convertidor exige de técnicas de control con alta respuesta dinámica para hacer frente a los grandes y rápidos transitorios de carga a los que es sometido. A este respecto, los reguladores de histéresis representan una excelente opción debido a su reacción inmediata, ciclo de trabajo ilimitado y excepcional capacidad para manejar régimen de gran señal. Las principales aportaciones de la mayor parte de trabajos publicados en el campo de los controladores de histéresis multifase son distribución de corriente entre las fases y funcionamiento entrelazado. Sin embargo, el autor no tiene conocimiento de estudios que describan un esquema de control que integre las principales funciones de control para la alimentación de tales exigentes cargas: regulación de tensión de salida con posicionamiento adaptativo, distribución de corriente y funcionamiento entrelazado. Tampoco existe una metodología de diseño basada en la impedancia de salida de lazo cerrado. Este diseño optimiza la respuesta transitoria de la tensión de salida y, de este modo, se puede aprovechar toda la ventana de tolerancia del procesador. Por lo tanto, este trabajo de investigación presenta un novedoso controlador de histéresis para convertidor síncrono multifase destinado a alimentar cargas dinámicas de baja tensión y alta corriente, junto con una metodología de diseño basada en el análisis de la impedancia de salida de lazo cerrado. El controlador de la histéresis de una sola fase es el punto de partida de este trabajo de investigación. Varios autores han tratado ampliamente el controlador de histéresis de una sola fase. En este sentido, en primer lugar se lleva a cabo una revisión de un esquema de control de bajo coste de una sola fase. La característica principal de este controlador es la ausencia de circuitos de sensado y procesado de corriente para lograr la regulación de tensión adaptativa. El estudio de la influencia de las variaciones del inductor, condensador de salida y los parámetros de control y los componentes del filtro de salida. La revisión termina implementando un sistema de sincronización para lograr frecuencia fija de comunicación en estado estacionario, que mantiene la reacción instantánea y la respuesta transitoria óptima de la tensión de salida. Llegado a este punto, se presenta un controlador de histéresis de bajo coste para convertidores buck síncrono multifase. Se proponen dos alternativas de diseño para controlador. La primer a utiliza un equivalente de convertidor de una sola fase para diseñar los parámetros de control. Esta aproximación es válida siempre y cuando las desviaciones entre las fases del convertidor están dentro de los límites habituales (+/-15%). La segunda hace lo propio teniendo en cuenta el modelo exacto del convertidor, logrando impedancia de salida resistiva independientemente de las diferencias que existan entre las fases. Se presentan los resultados de simulación y experimentales con el fin de validar las características del esquema de control propuesto. Desde un punto de vista práctico, la ausencia de circuitos de sensado y procesado de corriente en el controlador permiten una implementación sencilla y de bajo coste para las funciones de regulación de tensión con posicionamiento adaptativo de reparto de corriente con buen rendimiento. La inyección de una señal de sincronización externa demuestra ser una alternativa simple a fin de obtener frecuencia fija de conmutación y funcionamiento entrelazado de las fases. Finalmente, el controlador propuesto alcanza características similares alos controladores destinados a la alimentación de cargas de baja tensión y alta dinámica con la ventaja adicional de la simplicidad y el bajo coste de implementación.

En el llarg de la nostra vida, hem pogut veure la constant evolució dels ordinadors, en els quals en comprem un d’última generació avui, i demà aquest ja està obsolet i desfasat amb l’aparició al mercat de màquines i sistemes molt més potents i més moderns. Això hha estat possible gràcies a l’evolució que han patit els microprocessadors. En quant a la seva alimentació, els microprocessadors necessiten cada vegada una tensió més petita, un corrent més elevat i una resposta transitòria més ràpida. Per tal de millorar aquest subministrament d’energia cap als microprocessadors hi ha la necessitat d’incorporar algun tipus de sistema que reguli, controli i proporcioni una resposta transitòria ràpida amb un elevat corrent. Aquests sistemes encarregats d’aquesta regulació de tensió per a microprocessadors són circuits de potència anomenats mòduls reguladors de tensió (VRM), els quals solen estar realtizats a partir d’un o varis convertidors Buck. Les avantatges de la utilització d’un regulador VRM d’un sol buck la trobem en la senzilleza d’aplicar un control que solament ha de controlar la regulació de la tensió i el corrent de sortida. L’avantatge d’utilitzar un regulador VRM multifase (N convertidors Buck connectats en paral·lel) és que el sistema és capaç de subministrar molt més corrent, es redueix el rissat de la tensió de sortida, millora la resposta transitòria d’aquesta i es millora l’eficiència en front a un sol regulador. Però hi ha l’inconvenient que el control és més complex. Els circuits de control que existeixen per a reguladors VRM amb un buck són els circuits de control de modulació d’amplada d’impulsos (PWM) o amb control d’histèresi. El primer d’ells és la solució habitual ampliament utilitzada en l’electrònica de potència, però és un control lent. Al contrari, el control d’histèresi és molt més ràpid que l’anterior i molt més senzill d’implementar. A més a més és capaç de proporcionar una bona regulació de la tensió de sortida, però amb una freqüència de commutació variable. Pel que fa als circuits de control que hi ha per a reguladors VRM multifase, solament existeixen circuits integrats de control PWM perquè és un control senzill i fàcilment integrable per aquest tipus de sistemes. Es a dir, no existeixen solucions conegudes pel control d’histèresi. Per tant, com a objectiu principal del projecte, es proposa un control d’histèresi de freqüència de commutació constant per a reguladors VRM multifase amb les característiques d’entrellaçat de corrents i regulació de la tensió de sortida.

El presente trabajo trata el convertidor CC/CC buck síncrono de una sola fase con control de histéresis. Se lleva a cabo el análisis, diseño, simulación y experimentación de distintas redes de filtrado para la regulación de la tensión de salida en controladores de bajo coste. El diseño de las redes de filtrado se basa en el análisis de la impedancia de salida para una respuesta transitoria óptima utilizando un VRM con control de histéresis generalizado. Se analizan tres redes de filtrado y se comparan sus prestaciones en cuanto a impedancia de salida y selección de frecuencia. Se realiza un ejemplo de diseño sobre las tres redes de filtrado tomando los valores de los componentes de potencia del módulo de evaluación utilizado en la fase experimental y se procede a su simulación. La simulación consiste en implementar el convertidor en lazo cerrado sobre Simulink Matlab y comprobar lo realizado en la parte teórica. Los experimentos se realizan sobre el módulo de evaluación del controlador TPS5210 de Texas Instruments. Dicho módulo implementa un convertidor CC/CC buck síncrono de una sola fase con control de histéresis. Modificando ligeramente el circuito se pueden llevar a cabo los experimentos objeto del presente trabajo. También se ha diseñado un circuito para poder someter al convertidor a saltos de carga, y así, demostrar el comportamiento del convertidor en régimen transitorio y comparar los resultados experimentales con las simulaciones. Tanto los resultados obtenidos de simulación como los experimentales han permitido validar el análisis basado en la impedancia de salida de lazo cerrado.

En las microrredes que trabajan con inversores sus controles son operados generalmente por microcontroladores locales, los cuales tienen sus propios relojes que difieren entre cada uno en la medición del tiempo. Los microcontroladores tienen derivas de tiempo con respecto a los demás, afectando así a las señales de reloj que son utilizadas para controlar sistemas en tiempo real. Estas desviaciones en el tiempo de cada microcontrolador son llamadas derivas de reloj. Las derivas de reloj tienen un efecto negativo en el control de los inversores de las microrredes cuando estas tratan de compensar los errores en estado estacionario en frecuencia que genera el método de Droop. Estas derivas afectan a la compartición de potencia de los inversores, lo cual repercute en los inversores, pudiendo generar más estrés y sobrecalentamiento en algunos de ellos. Es por ello por lo que este trabajo tiene como objetivo principal compensar estos efectos negativos proponiendo 3 esquemas de control que sean capaz de corregir los efectos de las derivas de reloj. El trabajo incluye el análisis descriptivo de las tres propuestas y además resultados de simulación de la implementación de los tres esquemas de control en una microrred modelada en MATLAB-SIMULINK y TrueTime.

Es tracta de dissenyar i implementar els controls adequats per a inversors de potència trifàsics. Es desitja injectar potència activa i reactiva a la xarxa elèctrica de manera independent. Es considera que la font d'energia és qualsevol font renovable, com per exemple, panells fotovoltaics o petits aerogeneradors. El funcionament dels sistemes dissenyats es verifiquen mitjançant eines de simulació (entorn Matlab/Simulink), que extraient gràfiques de diferents punts observem els resultats per garantir que són els desitjats.

Se presenta el funcionamiento de un inversor trifásico fotovoltaico con capacidad de inyección de potencia reactiva a la red eléctrica cuando esta se encuentra en fallo. Las redes de distribución eléctrica presentan unos códigos y normas que describen el comportamiento de la fuente de energía ante los fallos de red, con referencia a la inyección de potencia reactiva para permanecer conectado a la misma. Se propone un novedoso algoritmo de control que pueda tratar distintos tipos de fallos en la red, aportando a esta un apoyo de voltaje flexible. De esta forma el algoritmo se encarga de detectar, caracterizar y solventar los huecos de tensión que se dan en la red, empleando diferentes estrategias de inyección de potencia reactiva dependiendo de las características del fallo. Una vez expuestas detalladamente las distintas estrategias se realiza una comparación de sus funcionalidades mediante los resultados obtenidos de diferentes pruebas realizas en el entorno de programación Matlab Simulink.