Máster en Sistemas de Energía Eléctrica

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Evaluación en Tiempo Real de Oscilaciones Electromecánicas en Sistemas Dominados por Fuentes de Energía Renovables
(2025) Tena López, Eva; Barragán-Villarejo, Manuel; Matas Díaz, Francisco Jesús; Ingeniería Eléctrica
Con el objetivo de reducir las emisiones de CO2 a nivel mundial y cumplir con las normativas ambientales, diversos sectores se están viendo afectados. El sector eléctrico es uno de los más implicados debido a su papel clave en la transición energética y la integración masiva de fuentes renovables. Estas plantas renovables, a diferencia de las centrales tradicionales basadas en generadores síncronos, utilizan convertidores electrónicos de potencia para conectarse a la red eléctrica. Este cambio tecnológico introduce nuevas dinámicas en el sistema debido a la ausencia de la inercia mecánica propia de los generadores síncronos y a la rápida respuesta que ofrecen los convertidores. Como consecuencia, surgen nuevos desafíos relacionados con la estabilidad del sistema eléctrico, siendo especialmente relevantes las oscilaciones electromecánicas. En este contexto, a nivel nacional se ha establecido la Norma Técnica de Supervisión de la Conformidad de los Módulos de Generación de Electricidad según el Reglamento UE 2016/631, que proporciona metodologías específicas para evaluar las oscilaciones electromecánicas introducidas por plantas de energía renovable conectadas a la red. El presente Trabajo Fin de Máster se centra en la evaluación de dichas oscilaciones utilizando el modelo propuesto por la citada norma en su sección 5.10. Para ello, se realizan simulaciones en tiempo real que permiten validar el comportamiento del sistema bajo distintas estrategias de control de convertidores, considerando modos de control Grid Following (GFL) y Grid Forming (GFM). El proceso de evaluación se lleva a cabo de forma progresiva, comenzando con simulaciones en tiempo real y, posteriormente, mediante simulaciones Control Hardware-In-the-Loop (CHIL).
Impacto de la elevada penetración de generación distribuida en la coordinación de protecciones en redes de distribución en media tensión
(2025) Sancho López, Álvaro; Cruz-Romero, Pedro Luis; Ingeniería Eléctrica
Este Trabajo Fin de Máster analiza el impacto de una alta penetración de generación distribuida (GD) en la coordinación de protecciones de una red de distribución de media tensión de 20 kV. El estudio se desarrolla mediante el uso del software DIgSILENT PowerFactory y se basa en el modelo de referencia CIGRÉ para redes de distribución de MT. En primer lugar, se realizaron cálculos de cortocircuito sobre una red radial convencional sin presencia de GD con el objetivo de establecer la configuración base de las protecciones y sus criterios de coordinación. Posteriormente, se modelaron distintos escenarios de generación distribuida incluyendo plantas fotovoltaicas y un aerogenerador de tipo DFIG para evaluar la influencia de estas fuentes en las corrientes de cortocircuito y en el desempeño del sistema de protección existente. Los resultados obtenidos evidencian que la integración de generación distribuida modifica de forma significativa la magnitud y la dirección de las corrientes de falta, especialmente en los nodos más alejados de la subestación, provocando pérdida de selectividad, disminución de sensibilidad y disparos no deseados de los dispositivos de protección. Para mitigar estos efectos, se propuso e implementó un nuevo esquema de protección basado en relés de sobrecorriente direccionales (67) y funciones de protección antiisla, verificándose que el diseño adaptado restablece la selectividad y la fiabilidad del sistema bajo todas las condiciones de operación simuladas. El trabajo pone de manifiesto la necesidad de adaptar los sistemas de protección tradicionales al nuevo paradigma de las redes activas de distribución, ofreciendo una metodología técnica para evaluar, rediseñar y ajustar las protecciones en presencia de generación renovable distribuida, y contribuyendo así a la operación segura y confiable de los sistemas eléctricos modernos.
IEC61850: Interoperabilidad de Protecciones Diferenciales
(2025) Cañizares Jiménez, Manuel; Roldán Fernández, Juan Manuel; Ingeniería Eléctrica
Este trabajo realiza una visión del estado del arte de las subestaciones del sistema eléctrico y analiza los avances a la vanguardia y necesidad de los mismos. Desde el origen, las subestaciones han jugado un papel fundamental en el sistema eléctrico y gracias al desarrollo de nuevas tecnologías, se ha conseguido implementar nuevos sistemas electrónicos y de telecomunicación que facilitan el diseño, puesta en marcha y mantenimiento de la subestación, gracias a su automatización. Sin embargo, cada fabricante ha desarrollado tecnologías de comunicación propias que, en algunos casos, hacen incompatibles las comunicaciones entre distintos relés de protección, como es el caso de la función de protección diferencial. Esto ha hecho necesario el desarrollo de un estándar (IEC61850) que permita la unificación de protocolos, y, por lo tanto, interoperabilidad entre equipos de distintos fabricantes.
Control Predictivo estocástico de sistemas energéticos (Smart grids)
(2025) Cabana Quiñones, Jesús Eduardo; Gallego Len, Antonio Javier; Velarde Rueda, Pablo; Ingeniería de Sistemas y Automática
Este trabajo final de máster se centra en el diseño de un control predictivo aplicado a sistemas energéticos inteligentes, también conocidos como “smart-grids”. El control desarrollado tiene una naturaleza estocástica y su función principal es predecir tanto la demanda como la generación energética en el sistema, para posteriormente actuar de manera eficiente sobre las fuentes de energía renovable disponibles. Este enfoque busca optimizar el uso de los recursos renovables, maximizando su contribución al sistema eléctrico y minimizando el uso de fuentes no renovables. Al hacerlo, se persigue no solo la eficiencia operativa, sino también una reducción significativa del impacto ambiental asociado al consumo de energías fósiles. El objetivo general del proyecto es desarrollar un modelo integral capaz de predecir con alta precisión las variables de demanda y generación energética, y utilizar dichas predicciones como base para implementar un control predictivo eficiente. Esto incluye diseñar modelos predictivos basados en redes neuronales que anticipen la demanda total del sistema y la generación de energía eólica y solar, así como crear un sistema de control predictivo que gestione la distribución de energía generada y almacenada para satisfacer la demanda de manera óptima. El sistema se centra en dos fuentes renovables principales: la generación eólica y la generación solar fotovoltaica. Los datos utilizados para desarrollar los modelos predictivos fueron extraídos de la información pública proporcionada por Red Eléctrica. Se recopiló un año de datos históricos, incluyendo generación solar, generación eólica y demanda total del sistema. Posteriormente, se realizó un procesamiento exhaustivo de los datos para garantizar su calidad. Este proceso incluyó la limpieza de datos, la normalización y la división en conjuntos de entrenamiento, validación y prueba, asegurando que los modelos sean capaces de generalizar adecuadamente. Se implementaron redes neuronales avanzadas para predecir las siguientes variables: demanda total del sistema, generación eólica y generación solar fotovoltaica. Los modelos fueron entrenados y validados utilizando los datos históricos procesados, con el objetivo de capturar los patrones temporales y estacionales presentes en las series temporales. Particularmente, se dio importancia a los patrones diarios y semanales, que son característicos en los sistemas energéticos. Posteriormente, los valores obtenidos fueron escalados a los valores reales que encontramos en los componentes de la microrred en estudio, asegurando la interpretabilidad y utilidad práctica de las predicciones. Se diseñó e implementó un controlador predictivo estocástico centralizado, orientado a gestionar de forma óptima los recursos energéticos de una microrred compuesta por generación renovable (solar y eólica), batería y almacenamiento de hidrógeno. El controlador utiliza como entrada las predicciones de demanda y generación renovable obtenidas mediante modelos de redes neuronales recurrentes (LSTM), y determina las decisiones óptimas de operación del sistema —como la cantidad de energía a almacenar, suministrar o intercambiar con la red— en cada instante de tiempo. El sistema de control opera bajo un enfoque de horizonte deslizante, adaptándose de manera dinámica a las fluctuaciones de la generación renovable y de la demanda eléctrica. Gracias a este enfoque, se logra una operación fiable incluso en presencia de incertidumbre, respetando las restricciones técnicas del sistema, como los límites del estado de carga (SOC) de la batería y el nivel de hidrógeno en el tanque. Los resultados obtenidos validan la coherencia y efectividad de los modelos predictivos en la estimación de las variables clave del sistema, y demuestran la capacidad del controlador para optimizar el uso de la energía generada y almacenada. El sistema logra satisfacer la demanda en todo momento, minimizando el uso de la red y priorizando el autoconsumo renovable. Asimismo, se pone de manifiesto la importancia de considerar patrones estacionales y diarios en las predicciones, lo cual mejora la precisión del control y reduce el impacto de posibles errores de predicción.
Automatización con Python de la parametrización de un Power Plant Controller en DIgSILENT PowerFactory usando algoritmos de optimización metaheurística
(2025) Blanco Villafañe, Gustavo Alejandro; González Cagigal, Miguel Ángel; Ingeniería Eléctrica
El presente trabajo de fin de máster consiste en el desarrollo de una automatización en Python para DIgSILENT Power Factory que realice el ajuste óptimo de los parámetros Kp y Ki de un Power Plant Controller de un parque eólico usando el método de optimización metaheurística de Emjambre de Partículas. El objetivo de la herramienta desarrollada es el de ajustar los parámetros del controlador de planta para la obtención de una respuesta dinámica veloz y estable que sea capaz de cumplir con los requisitos exigidos por el código de red de España. A lo largo del documento se van definiendo las bases teóricas y legales necesarias para comprender el trabajo; así como el software de simulación y lenguaje de programación; y los casos de estudio sobre los cuales se prueba la herramienta. Finalmente se concluye con los resultados de dichas pruebas, mostrando unos resultados satisfactorios de la implementación del algoritmo metaheurístico para optimizar el controlador de la planta renovable.
Procedimiento alternativo para la inclusión de límites de potencia reactiva en el flujo de cargas
(2025) Marrón Borrego, Álvaro; Gómez-Quiles, Catalina; Gómez Expósito, Antonio; Ingeniería Eléctrica
El objeto del presente proyecto consiste en desarrollar una serie de algoritmos alternativos a los actuales para la inclusión de los límites de potencia reactiva en los flujos de cargas. A diferencia de los métodos tradicionales implementados en los softwares comerciales, que requieren cambiar el tipo de nudo (de PV a PQ) cuando un generador alcanza sus límites de potencia reactiva, lo cual implica alterar la estructura del sistema matricial, su dimensión y la necesidad de reordenamientos y nuevas factorizaciones en cada iteración, el método propuesto mantiene fija la estructura del problema a lo largo del proceso iterativo. La metodología se inspira conceptualmente en el método desacoplado rápido (FDLF), pero aplicando lógica inversa. En lugar de calcular las variaciones de tensión (Δ𝑉) a partir de los excesos de potencia reactiva mediante sensibilidades, aquí se parte de desvíos de tensión respecto a su valor especificado para calcular las correcciones necesarias en la generación de potencia reactiva. Esto permite tratar inicialmente todos los nudos como PQ y ajustar iterativamente sus valores de 𝑄 inyectada o absorbida. De ahí que este método alterativo mantenga fija su estructura durante el proceso. Además, se observa que este tipo de formulación puede evitar inconsistencias derivadas de los métodos tradicionales, donde los nudos que alcanzan límites de potencia reactiva no recuperan su estatus de nudos de generación, aunque vuelvan a estar dentro de rango más adelante, lo cual puede influir en los resultados finales.
Asesoría energética para un cliente industrial
(2025) Campos Lara, Juan Isaac; Roldán Fernández, Juan Manuel; Burgos Payán, Manuel; Ingeniería Eléctrica
La transición hacia un modelo energético descarbonizado, seguro, digitalizado y descentralizado es un hecho y más desde la crisis energética que Europa está atravesando debido a la guerra de Ucrania. La guerra provocó un terremoto global en el mercado energético, siendo Europa el continente más afectado por el conflicto armado. Por ello, se hace aún más prioritario acelerar esa transición que permita la independencia energética de Europa, apostando por las energías renovables y las tecnologías facilitadoras como el almacenamiento de energía y el hidrógeno verde. Es este el papel que Europa está llevando en este año 2024 para intentar a su vez, bajar la dependencia energética con otros países como Rusia. Mediante la inclusión de este tipo de energía y el desplazamiento de la generación síncrona y, por consiguiente, la merma de la inercia del sistema y de la capacidad de proporcionar regulación primaria, hará que en algún momento futuro sea necesario disponer de algo que proporcione esa inercia. El almacenamiento puede desarrollar satisfactoriamente ese servicio para el sistema, dotándolo de respuesta inercial y regulación primaria, siempre y cuando sea remunerada (actualmente es obligatoria y no remunerada) Para los consumidores de energía eléctrica, el almacenamiento podría permitirles conseguir ahorros en la factura eléctrica, intentando desplazar la curva de consumo de las horas de precios más altos (descarga de la batería) a las de precios más competitivos (carga de la batería), pero sin modificar su proceso productivo (salvo la integración del dispositivo de almacenamiento). Mediante ese gradiente de precios, el consumidor podría reducir el importe de su factura de electricidad sin alterar su proceso productivo. En este trabajo se analiza las posibilidades de configurar la contratación de energía eléctrica de un cliente industrial. Tras el análisis de la situación actual, además de estudiar las posibilidades relacionadas con las potencias contratadas o la compensación del factor de potencia, se analiza la viabilidad económica de una instalación autónoma de baterías de almacenamiento de ión litio para un consumidor industrial, la optimización de potencia del punto de suministro, así como la instalación de paneles fotovoltaicos para el autoconsumo. También, se analizará una posible hibridación entre la instalación de paneles fotovoltaicos y la instalación de una batería para utilizar esos excedentes fotovoltaicos no autoconsumidos.
Sintonización de un estabilizador de sistema de potencia utilizando un algoritmo de optimización basado en ejambre de partículas
(2024) Gil Caicedo, Alejandro; González Cagigal, Miguel Ángel; Ingeniería Eléctrica
El trabajo de fin de máster explora el uso de técnicas avanzadas de optimización para mejorar la estabilidad dinámica en sistemas de potencia mediante la sintonización de PSS. El estudio se centra en la creciente necesidad de gestionar oscilaciones de baja frecuencia que pueden comprometer la estabilidad de las redes eléctricas modernas, especialmente con la integración de energías renovables y el aumento de la interconexión de sistemas. El documento describe cómo el Algoritmo de Optimización basado en Enjambre de Partículas (PSO) es una herramienta eficaz para optimizar los parámetros de control del PSS, destacando su capacidad para converger rápidamente hacia soluciones óptimas en comparación con métodos tradicionales como la sintonización manual o heurística. La investigación incluye un marco teórico sobre estabilidad de sistemas de potencia, la dinámica de pequeñas señales, y el funcionamiento de sistemas de excitación, complementado con simulaciones realizadas utilizando la herramienta PyDAE. Las simulaciones muestran cómo el PSS ajustado mediante el algoritmo PSO mejora la amortiguación de oscilaciones en un sistema multi-máquina.
Análisis del mercado eléctrico Intradiario Continuo
(2024) Jiménez Carretero, Francisco; Roldán Fernández, Juan Manuel; Riquelme Santos, Jesús Manuel; Ingeniería Eléctrica
El mercado intradiario continuo (XBID) permite el comercio de energía eléctrica entre las distintas zonas de Europa de manera continua, aumentando la eficiencia global de las transacciones en los mercados intradiarios en toda Europa. El objetivo de este mercado intradiario continuo es aumentar la posibilidad de que los agentes del mercado puedan gestionar sus desbalances de energía, de manera significativa ya que se pueden beneficiar no solamente de la liquidez del mercado a nivel nacional, sino también la liquidez disponible en los mercados de otras áreas. El objetivo principal del presente TFM es analizar las tendencias de los precios y la demanda en tiempo real y saber que variables influyen en el comportamiento del mercado XBID. Al considerar que este mercado es un mercado de desvíos, lo que qué afecta principalmente a estos mercados es la propia variabilidad de un sinfín de variables. Algunas de estas variables han sido estudiadas de manera individual como la variabilidad de la demanda, que está influenciada por factores: climáticos, laboralidad, etc.; o la generación renovable que introduce desvíos. A su vez esta volatilidad puede estar recogida en los propios precios de los mercados intradiarios, ya que los mercados intradiarios pueden ser altamente volátiles debido a cambios inesperados en la oferta y la demanda. Las condiciones climáticas afectan tanto la producción de energía renovable (eólica y solar) como la demanda de electricidad (por ejemplo, el uso de calefacción y aire acondicionado). También eventos inesperados y fallos en la infraestructura o eventos de mantenimiento pueden afectar a la volatilidad del mercado y por tanto al mercado XBID. Por último, al ser un mercado europeo las ofertas se realizan desde cualquier país, pero para que se hagan efectivas debe de existir capacidad de interconexión, con lo cual las limitaciones de la red pueden afectar los precios y la oferta. Además de estas variables que pueden estar más o menos disponibles, las propias estrategias de oferta y demanda de los diferentes actores del mercado también pueden afectar el equilibrio del mercado y los precios. Por tanto, con el análisis de estas variables y sus impactos en el mercado XBID se puede desarrollar una mejor comprensión de cómo optimizar las estrategias de oferta en este mercado dinámico y complejo.
Cumplimiento de la NTS para Amortiguamiento de Oscilaciones de Potencia en Generadores Renovables basados en VSCs
(2024) Caicedo Caicedo, Christian Eduardo; Barragán-Villarejo, Manuel; Matas Díaz, Francisco Jesús; Ingeniería Eléctrica
Factores técnicos, políticos, económicos y ambientales han sentado las bases en la transformación de los mercados de energía eléctrica hacia fuentes primarias más amigables con el medio ambiente, cuyo objetivo principal de reducir las emisiones de CO2, reemplazando las plantas de generación térmicas cuya fuente primaria son derivados del petróleo (Carbón y ciclos combinados) por tecnologías de generación renovables como la energía eólica y fotovoltaica. Este tipo de generación al no contar con una fuente de energía primaria controlable no realiza el proceso de transformación de la energía acoplado a la red, es decir, mediante generadores síncronos con la red a la que se conectan, sino de manera desacoplada usando convertidores electrónicos que gracias a su flexibilidad permiten aprovechar de manera eficiente los recursos disponibles inyectándolos a la frecuencia de la red. El reemplazo de los generadores síncronos de las plantas térmicas anteriormente mencionadas por tecnologías de generación basadas en convertidores ha ido reduciendo paulatinamente la robustes de la red, debido a que los generadores son la principal fuente de amortiguamiento para el comportamiento dinámico de la red y almacenamiento de energía cinética (inercia). Por ende, las regulaciones han ido evolucionado con el fin de reducir el impacto de estas tecnologías en la estabilidad de la red eléctrica. Durante el desarrollo de este documento se abordará el impacto del uso de convertidores electrónicos con algoritmos de control tanto Grid forming como Grid following en las oscilaciones de potencia electromecanicas desde el punto de vista dinámico mediante la metodología propuesta en la en la sección 5.10 de la Norma técnica de supervisión de la conformidad de los módulos de generación de electricidad según el Reglamento UE 2016/631.
Análisis comparativo entre distintos tipos de limpiadores de paneles fotovoltaicos
(2024) Aguilar Aragón, Carlos; González Cagigal, Miguel Ángel; Ingeniería Eléctrica
En este trabajo de investigación se examina cómo la acumulación de suciedad en los paneles solares reduce su eficiencia energética, además de comparar diferentes tecnologías de limpieza para mitigar este problema. A nivel global, la energía solar fotovoltaica ha crecido significativamente, representando más del 6 % de la producción mundial de electricidad. Sin embargo, la suciedad en los paneles puede causar pérdidas de hasta el 40 % de su capacidad de generación. No solo se detalla el problema de la suciedad, sino que también se comparan varias tecnologías de limpieza diseñadas para mitigar sus efectos. Se analizan desde sistemas manuales, como el uso de pértigas con agua, hasta soluciones más avanzadas y automatizadas que ofrecen mayor eficiencia y ahorro de tiempo. Entre las soluciones más avanzadas, se destaca el diseño de un robot autónomo equipado con rodillos de microfibra. Este robot es capaz de desplazarse sobre los paneles fotovoltaicos y realizar la limpieza de manera completamente automatizada, sin necesidad de intervención humana. El uso de rodillos de microfibra permite remover tanto el polvo superficial como la suciedad más incrustada, optimizando el proceso de limpieza. Este sistema resulta especialmente útil en instalaciones grandes o de difícil acceso, donde los métodos manuales serían poco prácticos o ineficientes. Por otro lado, también se presenta un sistema basado en la pulverización de agua, el cual no solo limpia los paneles, sino que tiene la ventaja adicional de reducir su temperatura, lo que contribuye a mejorar el rendimiento de los paneles. Este sistema incluye boquillas que rocían agua sobre los paneles y un mecanismo de reciclaje que filtra y reutiliza el agua, lo que lo hace más sostenible en entornos donde el recurso hídrico es limitado. Además, el enfriamiento generado por la pulverización de agua ayuda a optimizar la producción energética, ya que la eficiencia de los paneles fotovoltaicos tiende a disminuir con el aumento de temperatura. Se concluye con una comparativa detallada entre ambos sistemas de limpieza. El robot autónomo ofrece ventajas en términos de autonomía y eficiencia en la limpieza de grandes superficies. Sin embargo, implica un mayor costo inicial debido a la complejidad de su diseño y los materiales utilizados. Por su parte, el sistema de pulverización de agua, menos costoso, es altamente efectivo en climas cálidos y en instalaciones pequeñas o medianas, y su capacidad para reciclar el agua utilizada lo convierte en una opción atractiva desde el punto de vista de la sostenibilidad. A través de esta comparativa, el trabajo ofrece una perspectiva clara sobre las tecnologías más adecuadas en función de las necesidades específicas de cada instalación fotovoltaica, ayudando a promover el uso eficiente y sostenible de la energía solar.
Análisis de la viabilidad económica de una planta de producción de energía híbrida
(2024) Ruiz Díaz, Steffany Ashley; Roldán Fernández, Juan Manuel; González Cagigal, Miguel Ángel; Ingeniería Eléctrica
Este estudio se centra en la viabilidad económica de una planta de energía híbrida que combina tecnologías eólicas y fotovoltaicas. La investigación se llevó a cabo con dos enfoques: el primero de ellos evalúa la viabilidad económica de agregar capacidad fotovoltaica a un parque eólico existente, mientras que en el segundo se plantea desde el diseño la identificación de la combinación óptima de ambas tecnologías para maximizar la rentabilidad y la eficiencia. Se utilizaron indicadores financieros clave, como el Valor Actual Neto (VAN), la Tasa Interna de Retorno (TIR) y el período de recuperación de la inversión (Payback). Los resultados muestran que la hibridación no solo es económicamente viable, sino que también optimiza el uso de recursos renovables y contribuye a la descarbonización y estabilidad del suministro energético.
Hidrógeno verde: tecnología, aplicaciones y proyectos en la actualidad. Propuesta de SCADA de electrolizador comercial para planta renovable con hidrógeno verde
(2024) García de la Rosa, Manuel Enrique; Roldán Fernández, Juan Manuel; Burgos Payán, Manuel; Ingeniería Eléctrica
En este trabajo se presenta el hidrógeno verde como un elemento clave en la transición energética que estamos viviendo en la actualidad, destacando todo lo que puede aportar como vector energético en varios eslabones diferente de la cadena energética, destacando como una de las herramientas más versátiles y con menor impacto de carbono que tenemos para afrontar los problemas energéticos de la actualidad y futuros. A lo largo del documento se profundiza sobre los diferentes tipos de hidrógeno existentes según su origen, centrándonos específicamente en el hidrógeno verde. En cuanto a él, se detalla su proceso de producción mediante electrólisis, evaluando los diferentes tipos de electrólisis y haciendo una comparativa entre ellas. Además, se detallan los componentes y el funcionamiento de un electrolizador comercial y las principales empresas y productos del sector en la actualidad. Se estudian todas las diversas aplicaciones que el hidrógeno verde puede traer a la sociedad actual y futura, destacando tres sectores fundamentales desde el punto de vista energético: el transporte, la red eléctrica y la industria química. Más allá de detallar todas las aplicaciones e innovaciones en cada uno de estos sectores, se destaca en cada uno como el hidrógeno verde es crucial para su descarbonización. Se incluye en el trabajo el estudio del estado actual y futuro de la regulación del hidrógeno verde tanto a nivel nacional como internacional, tema crucial para el desarrollo de esta tecnología. Por último, se concluye el proyecto con una propuesta de un sistema SCADA para monitorizar y operar una planta de producción de amoníaco verde, haciendo un análisis de las comunicaciones de todos los elementos de la planta y una propuesta de pantalla de monitorización.
Compensador Dinámico de Tensión en Redes de Distribución Desequilibradas mediante un AC-link ShSPFC
(2024) Heredia Macías, Pablo; Barragán-Villarejo, Manuel; Ingeniería Eléctrica
En este proyecto se amplía lo expuesto en el anterior trabajo de fin de grado y se propone el uso de la topología AC-Link ShSPFC basada en el convertidor VeSC para diseñar un compensador dinámico de tensión que sea capaz de mantener la tensión nominal en los puntos de conexión de las cargas a la red de distribución tanto en operación equilibrada como en operación desequilibrada. Para tal fin se mejora el control en cascada propuesto en el trabajo anterior para que también sea capaz de mitigar las tensiones en secuencia inversa. Se darán tres propuestas de topología, cada una con su propia estrategia de control, que serán validadas mediante simulación, con el fin de demostrar la idoneidad de estas topologías para mitigar las tensiones en secuencia inversa y garantizar siempre una operación equilibrada en el punto de conexión en la carga.
Análisis de la viabilidad económica del desarrollo de la generación renovable en Ecuador
(2024) Guevara Arias, Ronnie Israel; Roldán Fernández, Juan Manuel; Ingeniería Eléctrica
Ecuador es un país con limitadas opciones de generación de energía, ya que la prioridad histórica ha sido la creación de centrales hidroeléctricas debido a la abundancia de ríos a lo largo de su superficie. Sin embargo, el cambio climático y la irregularidad en las lluvias hacen necesario un análisis sobre la conveniencia de añadir otras fuentes de generación eléctrica para reducir la dependencia de la hidráulica y a su vez conseguir una transición energética hacia un modelo más sostenible. Por ese motivo, este trabajo tiene como objetivo evaluar la viabilidad económica del desarrollo de la generación renovable en Ecuador. Para ello, se llevará a cabo una comparativa entre el actual modelo de generación eléctrica renovable, principalmente basado en energía hidráulica, y otros modelos como la integración de energía eólica y fotovoltaica. Se busca determinar si la implementación de estos modelos energéticos podría ofrecer ventajas económicas o de generación eléctrica significativas en comparación con el modelo actual. Para este análisis se va a comenzar por identificar los lugares más adecuados para implementar proyectos de generación renovable. En el caso de la energía fotovoltaica, se llevarán a cabo análisis de irradiación y temperatura en toda la geografía ecuatoriana con ayuda de “PVsyst”. En cuanto a la energía eólica, se utilizará el software “OpenWind” para determinar los lugares apropiados para la instalación de parques eólicos, empleando datos como latitud y velocidad del viento, entre otros. Para estudiar el comportamiento de dichas tecnologías en el país se realizarán simulaciones energéticas con ayuda de “EnergyPlan”. De esta manera, se obtendrá una estimación aproximada de la capacidad energética del territorio ecuatoriano en caso de implementar estas tecnologías.
Cosimulación de redes de distribución utilizando la plataforma HELICS
(2024) Mármol Carrión, Elvis Junior; Marano-Marcolini, Alejandro; Ingeniería Eléctrica
En el apasionante ámbito de los sistemas de energía eléctrica, la optimización y análisis de los sistemas de distribución son cruciales para garantizar un suministro confiable y eficiente. Una solución innovadora que ha surgido en este contexto es la 'co-simulación', que permite la combinación de diferentes simuladores para obtener análisis más avanzados y precisos en sistemas de energía eléctrica complejos. En lugar de depender de un solo programa para comprender todo el sistema, se fragmenta el problema en partes más pequeñas que se analizan con programas especializados. Posteriormente, se conectan y se establece una comunicación en tiempo real entre estos programas, recreando así la totalidad del sistema. Hoy en día, la co-simulación ha captado la atención de la comunidad de investigadores, no solo en el ámbito de los sistemas de energía eléctrica, sino en múltiples disciplinas de la ingeniería. Esto se debe a su potencial para construir plataformas digitales que modelan y operan sistemas de ingeniería más complejos. A raíz de eso, en el presente trabajo se realiza una revisión exhaustiva del estado del arte de la co-simulación en el ámbito de los sistemas eléctricos. El análisis de la literatura se inicia con una presentación de los fundamentos teóricos relacionados con la co-simulación, este abarca múltiples aspectos y características relevantes sobre esta técnica. Se engloban todos los conceptos y elementos que componen esta técnica, para luego analizar las principales herramientas y/o plataformas de co-simulación existentes, destacando especialmente HELICS (Hierarchical Engine for Large-scale Infrastructure Co-Simulation). También se proporciona un resumen de los resultados obtenidos en diversos casos de estudio y/o prácticos donde HELICS ha sido implementado con éxito como una herramienta y/o plataforma de co-simulación. Finalmente, se presenta las conclusiones derivadas de este estudio.
Sensores de corriente inalámbricos para líneas eléctricas aéreas
(2024) Villaman Payamps, Osvaldo Bienvenido; Cruz-Romero, Pedro Luis; Ingeniería Eléctrica
El presente Trabajo Fin de Máster, titulado "Sensores de corriente inalámbricos para líneas eléctricas aéreas", aborda una problemática relevante en la monitorización y medición de corriente en líneas aéreas de sistemas de energía eléctrica. Tradicionalmente, se ha recurrido a sensores de corriente que requieren contacto directo con los conductores, pero estos presentan limitaciones en cuanto a instalación, mantenimiento y seguridad. Este trabajo se centra en el análisis y evaluación teórica de sensores de corriente sin contacto, ofreciendo una alternativa segura y no invasiva. Se realizó una revisión exhaustiva de la literatura, describiendo los principios de funcionamiento de diferentes sensores (efecto Hall, sensores de inducción, sensores magnéticos) y realizando una evaluación comparativa de sus sensibilidades, precisión y viabilidad técnica. Se identificaron aplicaciones potenciales y limitaciones de cada enfoque. Los resultados destacan las ventajas y desventajas de diferentes metodologías, como la instalación sobre torres de transporte, en el suelo, o el uso de bobinas sin núcleos enterradas, permitiendo una elección más informada de la tecnología en función de las necesidades específicas del sistema eléctrico.
Estudio de Métodos de Estimación Puntual para Formato de Publicación de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería el Análisis del Flujo de Cargas Probabilístico en Redes de Baja Tensión
(2023) Valenzuela de la Mata, Sergio; Romero Ramos, Esther; Ingeniería Eléctrica
Enesteproyectosepresenta unanálisis probabilístico de sistemas de distribución trifásicos desbalanceados con conexión de generadores distribuidos. Para este análisis, se hace uso de la técnica del Método Estimado de Dos y Tres Puntos para el cálculo del comportamiento probabilístico de las variables aleatorias del sistema. Para validar la eficiencia de los modelos de algoritmo propuestos, se usará la "Red Comercial de Baja Tensión" del sistema de pruebas proporcionado por Cigré. Los resultados probabilísticos logrados serán comparados con aquellos resultados obtenidos usando el Método de Monte Carlo. Para ello, se definirán como variables aleatorias todas las cargas del sistema, generación fotovoltaica (PV) y el consumo de carga dado por la introducción del vehículo eléctrico (VE). La incertidumbre de todas estas variables de entrada se modelarán como una función de probabilidad normal estándar. Para cada entrada, los datos de salida analizados (tensiones, intensidades y pérdidas) se obtendrán a partir de un flujo de cargas probabilístico definido para un intervalo horario concreto dentro de las 24 horas de un día. El objetivo final será analizar estos resultados, comparando los tres métodos de flujo de cargas probabilístico mencionados anteriormente. Además se realizará un estudio sobre el comportamiento de la red ante la presencia de desequilibrios tanto en consumos como en generación. El estudio se divide en dos partes. La primera parte se enfoca en la definición de los conceptos de Flujo de Carga Determinista y Flujo Probabilístico, junto con la introducción al modelado de distribución probabilística de cada una de las variables aleatorias de entrada. También se aborda en detalle el desarrollo de métodos analíticos, tales como el Método Estimado de Dos y Tres Puntos, destinados a calcular el comportamiento de las variables aleatorias del sistema. La segunda parte del estudio se dedica a examinar las simulaciones y resultados obtenidos al aplicar y comparar todos los modelos mencionados en un flujo de carga probabilístico, en comparación con el método numérico de Monte Carlo. Se busca determinar las diferencias, ventajas y desventajas entre todos ellos. Además, se realiza un análisis eléctrico más específico sobre el comportamiento de la red en este contexto probabilístico. Este documento sigue la siguiente estructura: los dos primeros capítulos introducen a los nuevos actores en redes de baja tensión que generan incertidumbre, además de presentar la metodología que se empleará para abordar el problema del flujo de cargas. El tercer capítulo se centra en el proceso para llevar a cabo un Flujo de Cargas Probabilístico (PFL). Aquí, se define el modelado de distribución probabilística de cada una de las entradas, y se describen los algoritmos de Simulación de Monte Carlo (con énfasis en el algoritmo de Box-Muller) y Métodos Estimados de Dos y Tres Puntos (utilizando el Modelo de Hong). En el cuarto capítulo, se ofrece un detalle completo de la red de estudio empleada, así como de cada uno de los datos de entrada, que incluyen el modelado de las cargas, la generación fotovoltaica (PV) y el consumo de vehículos eléctricos (VE). El quinto capítulo se dedica a la realización de simulaciones utilizando los tres modelos de Flujo de Carga Probabilístico, y se procede a analizar los resultados obtenidos. Finalmente, en el sexto capítulo, se presentan las conclusiones relevantes y se definen los posibles aspectos a abordar en futuros trabajos.
Análisis, estimación y evaluación de pérdidas de producción en una planta fotovoltaica de 50 MW
(2023) Caldera Sudano, Luis Alejandro; González Cagigal, Miguel Ángel; Ingeniería Eléctrica
Este trabajo final de máster se centra en la presentación de los elementos físicos tangibles e intangibles que componen una planta fotovoltaica de 50 MW, haciendo un mayor énfasis en el estudio de los factores que influyen en la generación de energía eléctrica a partir de esta, afectando consecuentemente la tasa de rendimiento o PR. El objetivo principal es analizar las pérdidas de producción de energía eléctrica en esta planta de 50 MW y verificar si las diferencias entre la energía producida en 2022 y la esperada tienen sentido en función de las desviaciones en las pérdidas esperadas. Se identificaron con detalle los factores que afectan al rendimiento óptimo de la instalación, acotando este estudio al impacto ocasionado por la suciedad, temperatura y diferencias en los niveles de irradiación solar. La afección de estos sobre la producción se obtuvo para diferentes escalas de tiempo, por lo que fue posible estimar en base a datos reales, las pérdidas totales ocasionadas por los factores objeto de estudio, llevando a cabo posteriormente un análisis comparativo con las pérdidas estimadas por los estudios de ingeniería previos a la construcción de la planta. Adicionalmente, se consideraron las pérdidas debidas al mantenimiento preventivo y correctivo, que a menudo no se incluyen explícitamente en los estudios de ingeniería, pero que también influyen en el rendimiento y la cantidad de energía generada. Los métodos utilizados implicaron la obtención de datos reales a partir de sensores disponibles en la instalación fotovoltaica y a través del SCADA. Posteriormente, se llevó a cabo un procesamiento de estos datos para adaptarlos a las horas de producción de la planta y aumentar la fiabilidad del estudio. Se utilizaron ecuaciones proporcionadas por los fabricantes de los distintos sensores para estimar las pérdidas, comparándolas posteriormente con los valores obtenidos en los estudios de ingeniería previamente mencionados. Finalmente, se verificó la coherencia de los resultados obtenidos. Las conclusiones principales de este estudio revelan que existen factores que afectan el funcionamiento óptimo de la planta en una medida mayor con respecto a la esperada. Se demostró que, en situaciones en las que se depende de variables meteorológicas independientes, no es posible predecir con alta precisión y exactitud las pérdidas de producción. Por otra parte, se obtuvo que el tratamiento de datos reales y la consideración de las actividades de mantenimiento preventivo y correctivo son esenciales para mejorar la fiabilidad de las estimaciones. La diferencia total entre la producción real y la esperada puede ser significativa y equivalente a la producción de varios meses en función de la estación del año. En última instancia, esta investigación concluye que no es realista esperar que los valores reales de producción y pérdidas durante la fase de operación de una planta fotovoltaica sean idénticos o con desviación nula con respecto a los valores esperados en estudios previos, lo cual debe ser tenido en cuenta en el momento de proyectar la planificación de un proyecto fotovoltaico.
Advanced Non Inverting Rogowski Integrator Design for SMART Tokamak Current Measurement
(2023) Vicente Torres, Pablo; Martín Prats, María de los Ángeles; Ayllón Guerola, Juan Manuel; Ingeniería Mecánica y Fabricación
En el último siglo el enorme consumo energético basado en combustibles fósiles ha causado un gran impacto en el medio ambiente. Las energías renovables juegan un papel protagonista en la transición energética. Sin embargo, su alta dependencia de las condiciones climáticas impide que sean la solución definitiva. La entrada de nuevas centrales como base en la matriz energética es unos de los mayores intereses actuales. La fusión nuclear podría ofrecer una solución en este campo, tratándose de una energía que no genera gases de efecto invernadero, no genera residuos radiactivos de vida larga y su combustible es abundante. En las próximas décadas se espera poder tener disponibles plantas de fusión nuclear para la generación comercial con las que generar energía de forma deslocalizada. La posibilidad de construir reactores de fusión nuclear como fuente de energía desde fue considerada desde mediados el siglo XX. Los reactores de tipo tokamak han permitido realizar numerosos experimentos en este campo. En su aplicación, es necesario un adecuado control sobre el confinamiento del plasma de acuerdo con las restricciones impuestas por el experimento y las restricciones de seguridad a las que está sometida la máquina, ya que fluctuaciones o inestabilidades del plasma ponen en riesgo el funcionamiento normal de la máquina. Los sistemas de adquisición de datos son responsables de recopilar toda la información en tiempo real de los parámetros en estudio, estos permiten evaluar el estado del plasma y tomar decisiones instantáneas para ajustar los campos magnéticos y otros parámetros del tokamak. Los sistemas desempeñan un papel fundamental en la optimización y estabilización del plasma, así como mantener las condiciones necesarias para que la fusión nuclear ocurra de manera sostenible y eficiente. Además, los datos recopilados son esenciales para investigar y comprender mejor el comportamiento del plasma en condiciones extremas, lo que a su vez contribuye al avance en la investigación de la fusión nuclear como fuente de energía limpia y abundante. El tokamak SMART requiere nuevos diseños para los sistemas de adquisición y adaptación de señales. Se ha realizado una revisión de la bibliografía existente sobre métodos y arquitecturas de integración de señales y su instrumentación electrónica. Se han construido integradores analógicos para medidas de corriente de plasma en tiempo real, que serán incluidos en los lazos de control que modifican la forma y posición del plasma. Se han definido las características básicas del integrador analógico para su aplicación y se ha reducido el número de componentes activos con respecto a las arquitecturas ya planteadas, ofreciendo una solución más económica y compacta con las mismas prestaciones. Se ha creado un modelo genérico en Matlab y se han realizado simulaciones en LSpice sobre el ancho de banda y el nivel de ruido de un prototipo de circuito. Finalmente, se ha construido la placa de circuito impreso para su instalación y prueba.

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