ESTUDIO, DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE NUEVAS ESTRATEGIAS DE CONTROL DEL UPFC EN REDES DE MEDIA Y ALTA TENSIÓN

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1 UNIVERSIDAD SIMÓN BOÍVAR Decanato de Estudios de Postgrado Coordinación de Ingeniería Eléctrica ESTUDIO, DISEÑO E IMPEMENTACIÓN DE NUEVAS ESTRATEGIAS DE CONTRO DE UPFC EN REDES DE MEDIA Y ATA TENSIÓN Trabajo de Grado Realizado por: Ing. Rogelio A. Orizondo M. Maestría en Ingeniería Eléctrica Sartenejas, Julio de 006

2 ii

3 iii AGRADECIMIENTOS Al Dios de los cristianos, su Madre y su Iglesia, que me dieron y me seguirán dando fortaleza. A mis padres quienes se entregaron para que yo culminara este trabajo. Al profesor Roberto Alves, por toda su asesoría y consejos.

4 iv ESTUDIO, DISEÑO E IMPEMENTACIÓN DE NUEVAS ESTRATEGIAS DE CONTRO DE UPFC EN REDES DE MEDIA Y ATA TENSIÓN Realizado por: Ing. Rogelio A. Orizondo M. RESUMEN as redes de transmisión de media y alta tensión han experimentando (y continuarán haciéndolo) grandes cambios debido al aumento en la demanda de energía eléctrica, a la incorporación de nuevas fuentes de generación no convencionales, a las nuevas formas de gestión (mercados eléctricos, interconexión de sistemas) y también debido al aumento de cargas y equipos que emplean la electrónica de potencia. os denominados Sistemas de Transmisión Flexibles en Corriente Alterna (FACTS) son una variedad de equipos basados en electrónica de potencia que pueden otorgar una amplia flexibilidad a los modernos sistemas de transmisión de energía. Uno de los dispositivos FACTS más completos y prometedores, que muestra mayores posibilidades de regulación, es el Controlador Unificado de Potencia (UPFC). En este trabajo de grado, en primer lugar, se describe el UPFC, sus aplicaciones y zonas de operación; y se presentan los modelos desarrollados de régimen permanente y transitorio del mismo. En segundo lugar se describen las estrategias y modelos de los sistemas de control convencionales del UPFC. Se describen los modelos desarrollados bajo dos plataformas de simulación (ATP, MATAB-Simulink) que permiten el análisis detallado de distintos tipos y estrategias de control. uego se proponen, describen y estudian novedosos sistemas de control del Controlador Unificado de Potencia, basados en lógica difusa. El uso de las estrategias de control propuestas, basadas en la lógica difusa, así como otros métodos modernos de control permiten mejorar de manera importante las respuestas dinámicas del sistema, como se demuestra en los estudios y simulaciones realizadas. Se concluye que el controlador propuesto presenta ventajas comparativas sobre los controladores convencionales. Palabras claves: UPFC, control, modelos de simulación, transitorios.

5 v INDICE GENERA AGRADECIMIENTOS... III RESUMEN... IV INDICE GENERA...V INDICE DE FIGURAS Y TABAS...VII INTRODUCCIÓN... PANTEAMIENTO DE PROBEMA Y OBJETIVOS...7. PANTEAMIENTO DE PROBEMA OBJETIVOS ANTECEDENTES ESTUDIOS DE OS CONTROADORES: CONTROADORES BASADOS EN ÓGICA DIFUSA: CONTRO DIFUSO APICADO A SISTEMAS EÉCTRICOS DE POTENCIA PROGRAMAS DE SIMUACIÓN MÁS EMPEADOS OTRAS APICACIONES MODEACIÓN DE UPFC INTRODUCCIÓN MODEACIÓN DE UPFC EN VARIABES PRIMITIVAS MODEACIÓN EMPEANDO AS FUNCIONES DE CONMUTACIÓN UN MODEO DE UPFC MEDIANTE A TRANSFORMADA DE PARK MODEO DE UPFC MEDIANTE FUNCIONES DE CONMUTACIÓN CON A TRANSFORMADA DE PARK ESTRATEGIAS DE CONTRO CONVENCIONA ESQUEMAS DE CONTRO CONVENCIONA POR CANCEACIÓN DE POOS Y CEROS Esquema de control tipo : Esquema de control tipo : Esquema de control tipo 3: ESTRATEGIAS DE CONTRO EMPEANDO ÓGICA DIFUSA BASES DE A ÓGICA DIFUSA ANÁISIS EN E DOMINIO DE TIEMPO DE CONTROADOR PROPORCIONA DIFUSO El controlador proporcional integral difuso Ajuste de los controladores difusos tipo proporcional Ajuste de los controladores difusos tipo Proporcional Integral RESUTADOS...67

6 vi 7. DESCRIPCIÓN DE AS SIMUACIONES DESARROADAS BAJO SIMUINK Y ATP PRUEBAS DE ENERGIZACIÓN: PRUEBAS DE CARGA CONCUSIONES Y RECOMENDACIONES...8 REFERENCIAS BIBIOGRÁFICAS...86 ANEXO A: ÍMITES OPERATIVOS EN UNA ÍNEA DE TRANSMISIÓN MEDIA...97 ANEXO B: AS TRANSFORMADAS DE PARK Y CARKE...07 ANEXO C: DETAES DE A MODEACIÓN EN VARIABES PRIMITIVAS...4 ANEXO D: MODEACIÓN EN PRIMITIVAS CON AS FUNCIONES DE CONMUTACIÓN... ANEXO E: DETAES DE A MODEACIÓN MEDIANTE A TRANSFORMADA. DE PARK...9 ANEXO F: MODEACIÓN CON FUNCIONES DE CONMUTACIÓN ANEXO G: DETAES DE AS ESTRATEGIAS DE CONTRO CONVENCIONAES...47 ANEXO H: ANÁISIS DE OS SISTEMAS DE INFERENCIA DIFUSOS...54 ANEXO I: ISTADOS DE OS ARCHIVOS ATP...69

7 vii INDICE DE FIGURAS Y TABAS Figura Diagrama del Controlador Unificado de Potencia instalado en Kentucky, EE.UU... Figura Vista aérea del Controlador Unificado de Potencia instalado en Kentucky, EE.UU... Figura 3 Un diagrama unifilar del UPFC... Figura 4. Circuito equivalente para el enlace de continua... 4 Figura 5 Equivalente circuital de un convertidor en el sistema eléctrico de potencia... 7 Figura 6 Señales de referencia trifásicas Figura 7 as funciones de conmutación trifásicas, para la condición descrita en la figura Figura 8 Detalle de la función de conmutación durante un periodo de la onda portadora... 9 Figura 9 Equivalente circuital de la ecuación del sistema (38-)... 4 Figura 0 Equivalente circuital de la ecuación del sistema (38-)... 4 Figura Diagrama de bloques general, para las variables controladas Figura Valores de las ganancias para el controlador y la función de transferencia Figura 3 Esquema general de un controlador difuso genérico Figura 4 Dos funciones de pertenencias triangulares Figura 5 Mapeo del universo de discurso usando 3 funciones de pertenencia triangulares Figura 6 Tres funciones de pertenencia de salida triangulares... 55

8 viii Figura 7 Arquitectura general en diagrama de bloques, de un controlador difuso Proporcional Integral Figura 8 Esquema general de un controlador difuso genérico Proporcional Integral Tabla Matriz de inferencia para el método del centroide modificado Tabla Vértices del controlador difuso de 3 reglas Figura 9 Área de control para el controlador difuso Tabla 3 Vértices del controlador difuso de 3 reglas para la función de pertenencia PP Figura 0 Detalle del área de control para el controlador difuso de 7 reglas Figura Detalle del archivo fuzzypi.adp visualizado con ATPDraw Figura Archivo cupfc_ffuj.adp visualizado en ATPDraw Figura 3 Detalle del archivo difuso_pi_7reglas_d.md visualizado con SIMUINK Figura 4 Archivo cupfc_ffujita_d.md visualizado con SIMUINK Figura 5 Detalle del archivo cupfc_ffujita_d.md visualizado con SIMUINK Tabla 4 Resultados de la prueba de energización... 7 Figura 6 Respuesta a lazo cerrado de la potencia activa, ante un escalón en la referencia de potencia activa, para el esquema de control convencional tipo... 7 Figura 7 Respuesta a lazo cerrado de la potencia activa, ante un escalón en la referencia de potencia activa, para el esquema de control difuso tipo... 7

9 ix Figura 8 Respuesta a lazo cerrado de la potencia activa, ante un escalón en la referencia de potencia activa, para el esquema de control convencional tipo Figura 9 Respuesta a lazo cerrado de la potencia activa, ante un escalón en la referencia de potencia activa, para el esquema de control difuso tipo Figura 30 Respuesta a lazo cerrado de la potencia reactiva, ante un escalón en la referencia de potencia activa, para el esquema de control convencional tipo Figura 3 Respuesta a lazo cerrado de la potencia reactiva, ante un escalón en la referencia de potencia activa, para el esquema de control difuso tipo Figura 3 Respuesta a lazo cerrado de la potencia reactiva, ante un escalón en la referencia de potencia activa, para el esquema de control convencional tipo Figura 33 Respuesta a lazo cerrado de la potencia reactiva, ante un escalón en la referencia de potencia activa, para el esquema de control difuso tipo Figura 34 Respuesta ante una referencia de P = 00 <Mw> de la potencia activa, en líneas paralelas, para el esquema de control difuso tipo Figura 35 Respuesta ante una referencia de P = 00 <Mw> de la potencia activa, en líneas paralelas, para el esquema de control difuso tipo Figura 36 Respuesta ante una referencia de P = 00 <Mw> de la potencia activa, en líneas paralelas, para el esquema de control convencional tipo Figura 37 Respuesta ante una referencia de P = 00 <Mw> de la potencia activa, en líneas paralelas, para el esquema de control difuso tipo

10 x Figura 38 Respuesta ante una referencia de P = 00 <Mw> de la potencia reactiva, en líneas paralelas, para el esquema de control convencional tipo Figura 39 Respuesta ante una referencia de P = 00 <Mw> de la potencia reactiva, en líneas paralelas, para el esquema de control difuso tipo Figura 40 Respuesta ante una referencia de P = 00 <Mw> de la potencia reactiva, en líneas paralelas, para el esquema de control convencional tipo Figura 4 Respuesta ante una referencia de P = 00 <Mw> de la potencia reactiva, en líneas paralelas, para el esquema de control difuso tipo Figura 4 Modelo de una línea de transmisión media Figura 43 Modelo de una línea de transmisión media con la inclusión del UPFC Tabla 5 eyes de control para un SID de 3 reglas Tabla 6 eyes de control para un SID de 5 reglas... 57

11 INTRODUCCIÓN El concepto de un controlador unificado de flujo de potencia (UPFC), fue propuesto inicialmente por el profesor Gyugyi, de la Siemens Transmisión & Distribution F, en 99. os controladores llamados unificados, basan su operación en diferentes configuraciones de convertidores. Estas configuraciones ofrecen al menos tres posibilidades. En un caso, el convertidor está en serie y el otro en paralelo, respecto a la línea de transmisión. Tal arreglo se conoce con el nombre de Controlador Unificado de Potencia (UPFC). Si los convertidores están en serie con la línea de transmisión se le llama Controlador de Flujo de Potencia Interlínea (IPFC). Ambos convertidores también pueden conectarse en paralelo, en diferentes sistemas. a instalación del primer Sistema de Transmisión Flexibles en Corriente Alterna tipo unificado, fue terminada en 997 en la subestación Inez, en Kentucky - EE.UU, (Figura y ). Este UPFC incrementa la transferencia de potencia y mantiene las tensiones en una zona de fuerte demanda industrial donde convergen las fronteras de 3 estados de la unión norteamericana: Kentucky, Ohio y Virginia Occidental.

12 ínea de transmisión Transformador serie Inversor paralelo Inversor serie Transformador paralelo Figura Diagrama del Controlador Unificado de Potencia instalado en Kentucky, EE.UU Figura Vista aérea del Controlador Unificado de Potencia instalado en Kentucky, EE.UU. os enlaces de CC en alta tensión (HVDC) son otra posibilidad para hacer frente al problema del control de la potencia. Sus desventajas son que los costos de las estaciones convertidoras son

13 una componente muy fuerte de la inversión total, por lo que este tipo de enlaces solo son preferidos sobre una solución en CA para distancias muy largas. Otra dificultad de estos enlaces es la complejidad de establecerlos de forma multiterminal. Requieren esquemas de control y protección que intercambien información entre todos los terminales convertidores, reduciendo la confiabilidad en caso de fallas. Eventualmente, cuando se alcancen los límites térmicos de los materiales con que se construyen los cables y líneas de transmisión, serán necesarios nuevos materiales, con límites térmicos más elevados, y pérdidas menores. Será el campo ideal de aplicación de los superconductores de alta temperatura (HTS). El UPFC es un equipo que en teoría es muy versátil y con múltiples aplicaciones. Si bien todavía no es un equipo comercial ya que solamente existe una aplicación concreta en el mundo, sin embargo es uno de los sistemas que en principio presenta enormes posibilidades y múltiples aplicaciones en los sistemas eléctricos de potencia tanto en los niveles de transmisión, como en subtransmisión y quizás también en distribución. En este trabajo especial de grado se describe el UPFC, sus aplicaciones y zonas de operación; y se presentan los modelos desarrollados de régimen permanente y transitorio (pequeña señal) del mismo. En segundo lugar se describen los modelos y las estrategias desarrolladas de los sistemas de control convencionales, descritos en la bibliografía del UPFC, así 3

14 como la modulación por ancho de pulso que se emplea para el encendido y apagado de los transistores de potencia en cada uno de los convertidores. uego se proponen, describen y estudian otros sistemas de control con estrategias basadas en inteligencia artificial (lógica difusa). os criterios de ajustes están basados en procedimientos analíticos deducidos de las cláusulas del proceso de inferencia. Se describen las metodologías para el ajuste de controladores difusos del tipo Proporcional y Proporcional Integral. a metodología empleada para el proceso de defuzificación de estos controladores no convencionales es el método del razonamiento simplificado que resulta muy sencilla de implementar. Estos modelos para el equipo y las estrategias de control han sido desarrollados y simulados bajo dos plataformas: el ATP/EMTP y el MATAB/SIMUINK, que permiten el análisis detallado de distintos tipos y estrategias de control. El uso de las estrategias de control propuestas, basadas en la lógica difusa permite mejorar de manera importante las respuestas dinámicas del sistema, como se demuestra mediante los estudios y simulaciones realizadas. os controladores propuestos presentan ventajas comparativas sobre los controladores convencionales. El sistema de potencia bajo estudio con el UPFC bajo estas estrategias de control se ajusta a los requerimientos de flujos de potencia activa y reactiva en la línea de transmisión. 4

15 Este libro está estructurado de la siguiente manera: El capítulo, está dedicado a plantear el problema de los sistemas de control para el equipo bajo estudio. En el capítulo 3 se expone en forma condensada los antecedentes de este trabajo de investigación. Muestra una recopilación de los trabajos más significativos publicados hasta el momento de la redacción de este trabajo. El capítulo 4 trata sobre la propuesta, desarrollo y deducción de modelos completos para el UPFC. En principio y para todos los modelos, los convertidores pueden operar bajo cualquier estrategia de modulación por ancho de pulso (PWM). Se desarrollan modelos en variables primitivas. Un modelo emplea como variables de estado las corrientes del sistema eléctrico de potencia asociadas con la operación del equipo (4.4). El otro modelo propuesto emplea también como variables de estado, los índices de modulación asociado a la operación PWM de los convertidores (4.5). Posteriormente se aplican técnicas adicionales para que los modelos deducidos se conviertan en lineales e invariantes en el tiempo. Estas técnicas son en estricto orden de aplicación: la transformada de Fourier y la transformada modal de Park. Algunas de las propuestas de control convencionales más importantes, publicadas hasta ahora, se presentan en el capítulo 5. El capítulo 6 presenta un resumen de la teoría sobre sistemas de inferencia difusos (6.). uego describe con todo detalle una familia de controladores basados en esta teoría, así como las estrategias de ajuste para este tipo de controladores no convencionales (6.). 5

16 os resultados de las simulaciones se presentan en el capítulo 7 para escenarios: la energización del equipo (7.) y pruebas de carga (7.3); las conclusiones y recomendaciones en presentan en el capítulo 8. 6

17 PANTEAMIENTO DE PROBEMA Y OBJETIVOS. Planteamiento del problema Una posible solución para mejorar y optimizar el empleo de las redes, en subtransmisión y transmisión son los FACTS (Sistemas de Transmisión Flexibles en Corriente Alterna), una variedad de equipos basados en electrónica de potencia que pueden otorgar una amplia flexibilidad a los modernos sistemas de transmisión de energía. Uno de los más versátiles es el UPFC. Este equipo puede controlar simultáneamente o en forma selectiva, los parámetros y variables del sistema de potencia, i.e. impedancia, tensiones, corrientes y ángulos de potencia. Por tanto, puede controlar independientemente los flujos de potencia activa y reactiva en una línea de transmisión.. Objetivos El objetivo general de este trabajo ha consistido en desarrollar modelos del UPFC bajo distintas plataformas de simulación con la finalidad de poder simular el UPFC de forma detallada, como parte de un sistema eléctrico de potencia; en especial simular los sistemas de control tanto locales (de los puentes convertidores) así como el control general del sistema para proponer, analizar y estudiar nuevas estrategias de control del sistema. Entre los objetivos específicos podemos mencionar: 7

18 Desarrollar modelos detallados del UPFC usando MATAB/SIMUINK y también el programa ATP/EMTP. os modelos en MATAB/SIMUINK permiten el estudio detallado del UPFC y sus sistemas de control. Sin embargo, la ventaja del uso del programa ATP/EMTP consiste en que el UPFC se puede incorporar a un modelo muy completo y general de cualquier sistema eléctrico de potencia que se desee analizar, incorporando así la dinámica de todo el sistema. a modelación se hará empleando la transformada de Park. El modelo del equipo en variables transformadas (DQ) es más apropiado para poder establecer de forma más sencilla el control de los convertidores que conforman el UPFC. Estudiar los sistemas y estrategias de control convencionales del UPFC descritos en la bibliografía e incorporarlos a los modelos. Estudiar las estrategias de control basadas en la inteligencia artificial específicamente la basada en la teoría del control difuso. y su aplicación al UPFC, así como las ventajas comparativas de estos controladores difusos respectos a las estrategias convencionales. Proponer, simular y validar nuevas estrategias de control para cumplir distintos objetivos propuestos: como por ejemplo maximizar o establecer valores específicos de flujos de potencia activa y reactiva, mejorar la calidad del servicio eléctrico en los niveles de transmisión, garantizar la estabilidad transitoria y la estabilidad dinámica del SEP. 8

19 3 ANTECEDENTES Existe una amplia y bien profusa literatura sobre el UPFC. Desde que fue propuesto por N.G. Hingorani y. Gyugyi a principios de la década pasada (990), el equipo ha sido objeto de una amplia e intensa investigación que ha involucrado casi todas las áreas de la ingeniería eléctrica que se relacionan con los FACTS. Se presenta a continuación una breve revisión bibliográfica sobre los temas claves de este trabajo: el UPFC: sus aplicaciones, configuraciones topológicas, modos de modulación, y modelos; las estrategias de control convencionales y no convencionales, las estrategias de control basadas en inteligencia artificial, la aplicación de controladores basados en la lógica matemática difusa en ingeniería eléctrica y específicamente en aplicaciones para FACTS y el UPFC. También se reseña el empleo de diferentes programas de simulación y otras aplicaciones para el UPFC. Existen varias propuestas de modelación del equipo, cuando se le incluye en el problema de flujo de carga. En este sentido se han dirigido varias tesis a nivel de pregrado, ver [6], [65], que han permitido estudiar más en profundidad las zonas operativas y aplicaciones del equipo en el SEP. Existe una gran cantidad de trabajos a este respecto. 9

20 Un trabajo interesante sobre las condiciones de ubicación óptima se encuentra en[8]. [9] propone modelos para la incorporación de este equipo en un flujo de carga y para la determinación del tamaño óptimo del UPFC usando criterios derivados del flujo de potencia,[9]. Una línea de investigación sobre sus potencialidades en sistemas de subtransmisión y transmisión se inició a principios de la década de 990: [6], [6], [], [3], [5], [3]. Estos trabajos finalmente derivaron en la publicación del libro Understanding FACTS, Concepts and Technology of Flexible AC Transmission Systems por parte de N.G. Hingorani y. Gyugyi [70], patrocinado por IEEE Power Engineering Society. En nuestra casa de estudios, se han realizado algunas contribuciones a este respecto, [58], [65]. [] trata sobre las consideraciones de la instalación del UPFC en la subestación eléctrica Inez en EUA y del STATCOM en [5]. a continuación de estos trabajos publicados por Gyugyi et al, para analizar el comportamiento del UPFC ya instalado se presenta en [3]. Por otra parte, las aplicaciones del equipo para problemas de estabilidad transitoria y amortiguamiento de oscilaciones de potencia, también han recibido un tratamiento especial por parte de los investigadores: [0], [30], [35] y [36]. [30] presenta diferentes esquemas y modos de control para el control del flujo de potencia y para la estabilidad del sistema. [35] propone algunas estrategias de control convencional diseñados para mejorar la estabilidad del sistema. En [36] se desarrolla un modelo linealizado (Philips Heffron) para analizar el impacto del equipo en estudios de estabilidad. 0

21 En comparación con los estudios anteriores, hay pocos trabajos que presenten un modelo completo del equipo: [4], [7], [39], [4], [45], [48]. Se ha presentado una modelación muy completa y en baja frecuencia en variables de estado, con la presentación de un modelo en pequeña señal y otro modelo para el estado estacionario en [4]. Por otra parte, un estudio del modelo a lazo abierto del convertidor en paralelo (Statcom) se presenta en [7] y un modelo en frecuencia para el régimen permanente en [39]. También [48] se propone un modelo matemático completo y se estudia en detalles las características operativas en régimen permanente. En estos últimos 4 trabajos, se proponen la modelación mediante una transformada modal muy usada en ingeniería eléctrica, la transformada de Park. Uno de las primeros ejemplos publicados en este sentido es [4]. No todos los trabajos publicados plantean la transformada de Park para resolver modelos del equipo en variables de estado. Por ejemplo, [4] propone una herramienta matemática llamada matriz de conversión, para la modelación del UPFC. a aplicación de una herramienta matemática para analizar la operación del equipo en condiciones operativas desbalanceadas se muestra con todo detalle en la referencia [45]. Uno de los primeros trabajos para la modelación de un convertidor tipo rectificador se halla en [3], empleando otra transformada modal, algo más general que la matriz de Park. Se han publicado una serie de trabajos sobre diversas topologías circuitales y esquemas de modulación para la operatividad del equipo: [4], [6], [34], [43], [50]. Un artículo muy útil para

22 propósitos comparativos es [46], donde se estudian varias configuraciones con modelación por ancho de pulso senoidal (SPWM por sus siglas en inglés). [44] también es muy útil porque propone un circuito auxiliar imprescindible para poder efectuar las simulaciones de los modelos con transformadas modales, el seguidor de fases (P por sus siglas en inglés). En el trabajo [4] se analiza el enlace de continua y su contribución para la transferencia de energía al SEP. Propone una forma de dimensionar el capacitor, empleando este criterio. 3. Estudios de los controladores: Casi todos los esquemas de control presuponen una modelación del equipo en el dominio transformado, mediante alguna transformada modal, como la Park. Algunos de los trabajos que han propuesto y estudiado las características dinámicas de controladores basados en la teoría clásica de control son [5], [7], [8], [9], [0], [7], [33], [40], [57], [64]. Uno de los primeros trabajos que desarrolla varias estrategias convencionales basadas de la transformada de Park es [5]. En ese caso, los controladores solo se aplican para el Statcom. [7], [8] y [9] proponen controladores convencionales para convalidar esquemas no convencionales. [0] propone estrategias de control: uno convencional basado en la cancelación de polos y ceros, y otro de carácter predictivo. En [7] se propone un controlador por realimentación de variables de estado solo para el Statcom.

23 En [33] se describen de forma extensa y detallada las estrategias de control convencional matricial. Desde el punto de vista de las variables transformadas, cada convertidor tiene variables de estado. Por tanto, cada convertidor se comporta como un sistema MIMO. El trabajo resume todos los controladores publicados hasta entonces y provee la deducción del sistema de ecuaciones para comprender el funcionamiento del controlador. Por otra parte, existen una amplia y variada gama de controladores de última generación empleados en la industria de control de sistemas. Estos controladores son no lineales o incorporan en su estructura segmentos alineales de operación. Tales controladores ofrecen ventajas comparativas respecto a sus pares convencionales. Cuando son incluidos en la estructura del convencional, mejoran en general la respuesta dinámica del equipo ante condiciones diversas de operación. Algunos trabajos que han publicado esquemas modernos de control aplicados al equipo son: [7], [8], [9], [5], [3], [49], [5]. En la universidad hay algún antecedente nivel de pregrado [63]. Una clasificación de estos controladores puede ser la siguiente:. controladores conmutados (a frecuencia fija), [],. controladores por banda de histéresis, [59], 3. controladores PID bilineales, 4. controladores óptimos, [5], 3

24 5. reguladores QG (regulador o controlador cuadrático lineal), [5], [38], 6. observadores y estimadores de estado, 7. filtros Kalman, 8. controladores adaptivos, 9. controladores H-infinito, [7], [8], [9], 0. controladores numéricos y controladores digitales [49]. Por ejemplo, en [5] se comparan varias estrategias de modulación de los convertidores para minimizar pérdidas por conducción, armónicas y el tamaño del capacitor. El sistema de control propuesto es no convencional del tipo Control ineal Cuadrático.[5]Una estrategia de control no lineal óptimo [5], se implementa para controlar el flujo de potencia, y eliminar armónicas y flickers de tensión. En general, estos esquemas permiten lograr objetivos adicionales para el sistema, como incrementar la velocidad de respuesta ante demanda de potencia o disminuir el contenido armónico, más allá del alcance obtenido mediante los controladores convencionales. Controladores basados en inteligencia artificial (IA):. controladores difusos (fuzzy logic controllers), [], [], [6], [66].. controladores con redes neurales (artificial neural network controllers) [5], [54], [55], [56] y 3. controladores híbridos (dual controllers), supervisores difusos [38], [53]. 4

25 3. Controladores basados en lógica difusa: El profesor otfi A. Zadeh de la Universidad de California en Berkley presentó su primera publicación acerca de la teoría de la matemática difusa (ver []). En la década del 70 la teoría de la lógica difusa se aplicó con éxito para el diseño de controladores en procesos industriales. Estos procesos industriales involucran sistemas no lineales con variaciones en función del tiempo. Con lo que se llegó a la conclusión de que los controladores basados en la lógica difusa tienen ventajas comparativas respecto a los controladores convencionales, cuando son aplicados en proceso industriales con este tipo de alinealidades. De hecho este es su campo de aplicación idóneo: los sistemas no lineales, con variaciones operativas importantes en el tiempo y con variabilidad en sus parámetros de diseño. Estos controladores mejoran la controlabilidad de los sistemas que presentan tales características y mejoran su comportamiento transitorio y de régimen permanente. os controladores difusos se emplean en procesos industriales donde no se conoce con certeza la interacción de los diferentes estados del sistema. Para ajustar los controladores convencionales es preciso describir matemáticamente el proceso industrial. En cambio, es posible ajustar los parámetros del controlador difuso para obtener respuestas temporales y frecuenciales muy aceptables, aun cuando no se pueda modelar o describir mediante ecuaciones todo el proceso a controlar. 5

26 os controladores difusos también son útiles cuando los controladores convencionales tienen un desempeño muy inferior al buscado. En tales casos, la mano de obra humana sustituye segmentos del proceso industrial controlado. Debido a la naturaleza de la lógica matemática para los conjuntos difusos, el controlador difuso puede reproducir las órdenes de los operadores humanos mediante variables de carácter lingüístico, y tomar decisiones análogas a las del operador humano. Con ello se reduce los posibles errores en que el un operador humano inexperto pueda incurrir. En este caso, el controlador difuso traduce todo el conocimiento que usa el operador humano, mediante las variables lingüísticas, así como las acciones de control que el operador ejerce sobre el proceso. Desde el punto de vista matemático, estas variables lingüísticas son una versión de sistemas alineales que puede emplear el controlador difuso para realizar las acciones sobre el proceso controlable. os controladores basados en la lógica difusa también presentan una alta flexibilidad para su implementación tecnológica. Casi cualquier tecnología puede adaptar su arquitectura para aplicaciones con este tipo de controlador, como fue el caso de los sistemas electrónicos analógicos o los microprocesadores actuales tales como los DSP, en el campo del control digital. Prácticamente cualquier software conocido puede implementar tales controladores. Por su sencillez, pueden adoptar esquemas de control con muchas variantes y grados de sofisticación. Esta característica le permite un ajuste fácil y rápido de sus parámetros de diseño. 6

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