Análisis, control y mejora de la estabilidad de convertidores de electrónica de potencia conectados a catenarias ferroviarias

• Autores: José Manuel del Toro Zarza
• Directores de la Tesis: Santiago Cóbreces Álvarez (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Alcalá ( España ) en 2023
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Robert Griñó Cubero (presid.), Francisco Javier Rodríguez Sánchez (secret.), Pablo Zumel Vaquero (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Electrónica: Sistemas Electrónicos Avanzados. Sistemas Inteligentes por la Universidad de Alcalá
• Materias:
  • Física
    • Electrónica
      • Circuitos
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en:  TESEO  e_Buah 
• Resumen
  • español

    Esta tesis industrial fruto de la colaboración entre la universidad de Alcalá e Ingenieria Viesca S.L. se centra en la resolución de un problema existente en el sector ferroviario mediante en diseño de controladores para su aplicación en el control del convertidor auxiliar presente en los trenes. Se persiguen tres objetivos principales: el conformado de la admitancia de entrada del convertidor auxiliar controlado en tensión, el seguimiento de referencias para lograr la tensión deseada a la salida del equipo siguiendo la normativa ferroviaria vigente y el diseño de controladores de bajo orden para que se puedan implementar industrialmente.

    Uno de los problemas más comunes que se dan en el sistema ferroviario es la presencia o desencadenamiento de oscilaciones o inestabilidades en la conexión de convertidores de electrónica de potencia a catenaria tanto CC como CA, aunque esta tesis se centra en el estudio de los problemas en redes CC de 750 Vcc, típica tensión de alimentación tranviaria. Estos problemas se deben a la interacción entre los diferentes convertidores y el filtro $LC$ que hay entre la catenaria y los diferentes equipos debido a que estos se comportan como cargas de potencia constante en un rango de frecuencias determinado.

    Para solucionar este problema se propone el conformado de la admitancia de entrada del convertidor auxiliar, tipo de convertidor en el que esta especializado la empresa Ingeniería Viesca, mediante la técnica de control clásica QFT y la técnica de control moderna Hinf estructurado. Al abordar el problema desde dos puntos de vista diferentes se pueden concluir cuales son las ventajas e inconvenientes de ambos métodos.

    Los resultados obtenidos con la técnica Hinf estructurado han sido satisfactorios tanto los obtenidos en simulación como los obtenidos experimentalmente. Además el controlador obtenido es de muy bajo orden, ya que se trata de un controlador PI, lo cual demuestra que se puede resolver el problema desde un punto de vista industrial.

  • English

    This industrial phd is the result of the collaboration between the University of Alcalá and Ingenieria Viesca S.L. It’s focused on the resolution of an existing problem in the railway sector through the design of controllers for its application in the control of the auxiliary converter present in the trains. Three main objectives are pursued: the shaping of the input admittance of the voltage-controlled auxiliary converter, the tracking of references to achieve the desired voltage at the output of the equipment following the current railway regulations and the design of low-order controllers so that they can be implemented industrially.

    One of the most common problems that occur in the railway system is the presence or triggering of oscillations-unsteadiness in the connection of power electronic converters to catenary both DC and AC, although this thesis focuses on the study of problems in DC networks of 750 VCC , typical tramway power supply voltage. These problems are due to the interaction between the different converters and the LC filter between the catenary and the different equipments because they behave as constant power loads in a certain frequency range.

    To solve this problem we propose the shaping of the input admittance of the auxiliary converter, type of converter in which the company Ingeniería Viesca is specialized, by means of the classical control technique QFT and the modern control technique H∞ structured.

    By approaching the problem from two different points of view, it can be concluded which are the advantages and disadvantages of both methods.

    The results obtained with the structured H∞ technique have been satisfactory both in simulation and experimentally. In addition, the controller obtained is of very low order, since it is a PI controller, which shows that the problem can be solved from an industrial point of view.