Universidad Pública de Navarra - Nafarroako Univertsitate Publikoa

Módulo/Materia

Módulo: Fundamentos avanzados en energías renovables

Materia: Electrónica de potencia en sistemas de energía renovable

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Descripción/Contenidos

La asignatura tiene por objeto caracterizar la operación, funcionalidad y limitaciones, de los equipos electrónicos de potencia que se utilizan habitualmente en los sistemas de energías renovables. Inicialmente se muestra el papel que juega la electrónica de potencia en la conversión de la energía eléctrica. A continuación se revisan las características de los dispositivos semiconductores de potencia, bobinas y condensadores, incidiendo en aquellas más relevantes a la hora de seleccionar el dispositivo más adecuado para cada aplicación. Seguidamente se lleva a cabo un análisis en profundidad sobre los inversores trifásicos, abordando su caracterización y control tanto escalar como vectorial. Además, se analiza el principio de funcionamiento de las principales estructuras de conversión multinivel. Finalmente, se aborda el efecto de los convertidores de potencia en la generación de interferencias electromagnéticas (EMI), que ha adquirido recientemente una gran importancia debido a la exigente normativa que las regula.

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Competencias genéricas

CB6 Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación.

CB7 Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio.

CB8 Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios.

CB10 Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá que ser en gran medida autodirigido o autónomo.

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Competencias específicas

CE5 Que los estudiantes sean capaces de utilizar y desarrollar estructuras de conversión de energía para fuentes renovables.

CE7 Que los estudiantes sean capaces de profundizar de forma autónoma en otras tecnologías y aspectos de interés relacionados con las energías renovables.

CE8 Que los estudiantes sean capaces de plantear de forma crítica líneas de investigación asociadas a las energías renovables.

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Resultados aprendizaje

R1. Realizar el análisis funcional en régimen estacionario y dinámico de los convertidores de potencia DC/DC, DC/AC, AC/DC y AC/AC.
R2. Diseñar la etapa de potencia de un convertidor bajo determinados criterios de calidad de las ondas obtenidas.
R3. Deducir el modelo estático y dinámico de un convertidor.
R4. Diseñar los lazos de control de la corriente y la tensión de un convertidor de potencia.
R5. Evaluar el rendimiento teórico de una etapa de conversión de potencia.
R6. Conocer los fenómenos de alta frecuencia más relevantes en el funcionamiento de los sistemas de potencia
R7. Saber simular un circuito de potencia con un programa de simulación apto para ello.

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Metodología

Metodología - Actividad	Horas Presenciales	Horas no presenciales
A-1 Clases expositivas/participativas	35
A-2 Prácticas	10
A-3 Debates, puestas en común, tutoría grupos		10
A-4 Elaboración de trabajo		14
A-5 Lecturas de material		5
A-6 Estudio individual		34,5
A-7 Exámenes, pruebas de evaluación	2
A-8 Tutorías individuales	2
Total	49	63,5

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Evaluación

 

Resultados de aprendizaje	Actividad de evaluación	Peso (%)	Carácter recuperable	Nota mínima requerida
R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7	Examen: Preguntas de teoría y ejercicios. La nota mínima en el examen para hacer la media ponderada con las prácticas será de 4 sobre 10. En el caso de no llegar a esa calificación, se suspenderá la asignatura con la calificación obtenida en el examen.	75%	Sí
R1, R3, R7	Prácticas: Participación y Guiones. Para aprobar la asignatura es imprescindible la asistencia y participación en las prácticas. En el caso de no asistir de forma injustificada a alguna de las prácticas, no se podrá realizar el examen y la calificación será "No Presentado".	25%	No

 

A lo largo de todo el curso se propondrá la realización de diversas actividades. Dichas actividades podrán ser la resolución de ejercicios, la discusión de ejemplos o la realización de trabajos en los que se apliquen los conocimientos teóricos de la materia. Se fomentará el debate, y la participación de los alumnos será necesaria, tanto en las clases de carácter teórico como en las clases prácticas. En este sentido, se realizaran sesiones prácticas que incluirán la realización de ejercicios, preguntas de respuesta corta y trabajos por medio de los cuales se evaluarán los principales conceptos teóricos y prácticos de cada tema. La participación activa en los mismos valorará de forma positiva. 

Al finalizar el semestre se realizará un examen escrito en el que se evaluará el contenido global del curso. Para superar la asignatura será necesario obtener un mínimo de 4 sobre 10 en dicho examen y haber asistido y realizado todas las sesiones prácticas. Una vez cumplidos estos requisitos, la nota final se calculará a partir de la nota de las sesiones prácticas y del examen con unos pesos del 25 y 75%, respectivamente.

Para poder realizar el examen de recuperación será necesario haber asistido y realizado todas las sesiones prácticas. Para superar la asignatura en el examen de recuperación será necesario obtener un mínimo de 4 sobre 10 en el examen y que la media ponderada con la nota de prácticas sea igual o superior a 5.

 

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Temario

Tema 1. Inversor trifásico: Topología y modulación escalar.       

1.1 Célula elemental de conmutación.

1.2 Topología del inversor trifásico.

1.3 Modulación PWM escalar.

1.4 Dimensionado del bus DC y de la inductancia.

Tema 2. Control escalar: analógico y digital.      

2.1 Necesidad de implementar un control de las corrientes de salida.

2.2 Control escalar de corriente implementado de forma analógica.

2.3 Obtención de las corrientes de referencia.

2.4 Control de la tensión DC y la potencia reactiva.

2.5 Dimensionado del condensador del bus DC.

2.6 Digitalización de los lazos de control.

Tema 3. Modulación vectorial y control vectorial.      

3.1 Modelización del inversor trifásico en los ejes ab

3.1 Modelización del inversor trifásico en los ejes dq.

3.2 Control vectorial del inversor trifásico.

3.2 Modulación vectorial del inversor trifásico.

Tema 4. Semiconductores de potencia.     

4.1 Introducción.

4.2 Dispositivos semiconductores de potencia.

4.2.1. Principales dispositivos de potencia.

                4.2.2 El Diodo.

4.2.3 El IGBT.

4.3 Driver.

4.4 Análisis térmico y dimensionado del sistema de refrigeración.

4.5 Nuevos semiconductores de potencia.

               

 Tema 5. Tecnología de componentes pasivos.         

5.1 Inductancias de potencia.

5.1.1. Introducción.

                5.1.2 Condiciones de operación.

5.1.3 Modelo eléctrico equivalente.

5.1.4 Diseño de inductancias.

5.2. Condensadores.

5.2.1. Introducción.

                5.2.2 Modelo eléctrico equivalente.

5.3.3 Condensadores electrolíticos.

5.3.4 Condensadores de película de plástico.

5.3.5 Condensadores cerámicos.

5.3.6 Aplicaciones de las diferentes tecnologías de condensadores.

Tema 6. Modo común y modo diferencial.     

6.1. Introducción.

6.2. Descomposición de un inversor trifásico en sus modos común y diferencial.

6.3 Modelado en modo diferencial y modo común de sistemas de EERR.

                6.3.1 Convertidor conectado a red.

                6.3.2 Aplicación a un sistema FV sin convertidor DC/DC.

6.3.3 Aplicación a un sistema eólico.

6.4 Comportamiento en modo diferencial y modo común de inductancias trifásicas.

6.5 Comportamiento en modo diferencial y modo común de condensadores en sistemas trifásicos.

6.6 Revisión de las técnicas de control de potencia y modulación desde el puntos de vista de modo diferencial y modo común.

Tema 7. Convertidores multinivel y multicelda.     

7.1. Introducción.

7.2. Topologías de conversión multinivel.

7.2.1 Convertidores de la familia NPC.

                7.2.2 Convertidor modular de puentes en H.

7.2.3 Convertidores del tipo Modular Multilevel Converter.

7.2.4 Convertidores del tipo Flying Capacitor.

7.2.5 Estructuras Híbridas

7.3. Tecnología de convertidores en paralelo.

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Programa de prácticas experimentales

En estas prácticas se llevará a cabo el diseño, el dimensionado, el sintonizado de los lazos de control y la validación por simulación en P-SIM, de un inversor trifásico que se conectará a la red eléctrica de 400V y tendrá un lazo externo de la tensión DC. Los principales objetivos de las prácticas son:

• Analizar el funcionamiento del inversor trifásico.
• Dimensionar de los principales elementos del convertidor (semiconductores, bobinas, condensadores y sistema de refrigeración).
• Diseñar e implementar digitalmente los lazos de control de corriente del convertidor (escalar y vectorial).
• Diseñar e implementar el lazo de control de tensión del bus de continua
• Implementar en el convertidor la modulación PWM escalar.
• Validar el comportamiento del inversor diseñado en P-SIM.

 

 

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Bibliografía

Acceda a la bibliografía que el profesorado de la asignatura ha solicitado a la Biblioteca.

[1]	Eduardo Ballester Portillo, Robert Piqué López, ¿Electrónica de Potencia: Principios fundamentals y estructuras básicas¿, Ed. Marcombo, 2011, ISBN 9788426716699.
[2]	N. Mohan, T. M. Undeland and W. P. Robbins, ¿Power Electronics. Converters, Applications, and Design¿, Ed. John Wiley & Sons, Chichester, England, 1995, ISBN 0-471-58408-8.
[3]	B. K. Bose, ¿Power Electronics and variable Frequency Drives¿, IEE PRESS, 1997, ISBN 0-471-58408-8
[4]	G. J. Wakileh, ¿Power Systems Harmonics. Fundamentals, Analysis and Filter Design¿, Ed. Springer-Verlag, Berlin, Germany, 2001, ISBN 3-540-42238-2.
[5]	Guy Seguier, ¿Les convertisseurs de l¿électronique de puissance¿, Volúmenes 1, 2, 3 y 4. Lavoisier TEC¬DOC, 1992, ISBN: 2-85206-841-9
[6]	Rashid, Muhammad H, ¿Electrónica de potencia : circuitos, dispositivos y aplicaciones¿; Prentice Hall Hispanoamericana, 2004.
[7]	B. Jayant Baliga, ¿Fundamentals of Power Semiconductor Devices¿; Springer; 2008; ISBN: 0387473130
[8]	Seyed Saeed Facel; ¿Multilevel converters for medium voltage applications¿; LAP Lambert Academic Publishing; 2010; ISBN 3838368312

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Idiomas

Castellano

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Lugar de impartición

Clases teóricas: Aulario. Campus Arrosadía.

Clases prácticas: Laboratorio de simulación. Edificio de los Pinos. Campus Arrosadía.

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