Máster Profesional en Energía Eléctrica Master Profesional en ENERGÍA ELÉCTRICA

Texto completo

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Máster Profesional en Energía Eléctrica

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Master Profesional en ENERGÍA ELÉCTRICA

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Contenidos del Master

Módulos Materias

Diseño y Modelado de Convertidores Electrónicos de Potencia

(56 h)

Diseño de convertidores electrónicos de potencia (28 h)

Análisis de convertidores electrónicos de potencia (28 h)

Diseño y modelado de Máquinas Eléctricas (64 h)

Diseño de Máquinas Eléctricas (32 h)

Modelado y control de Máquinas Eléctricas (32 h)

Sistemas de Almacenamiento de Energía (20 h)

Almacenamiento de energía (20 h)

Análisis de Aplicaciones I. Tracción y accionamientos

(48 h)

Accionamientos (24 h)

Tracción eléctrica ferroviaria.

(12 h)

Vehículo eléctrico (12 h)

Análisis de Aplicaciones II. Energías Renovables (48 h)

Generación de energía eólica (28 h)

Generación de energía mediante fuentes renovables y co- generación

(20 h)

La Red Eléctrica (52 h)

Generación transporte y distribución de la energía eléctrica (32 h)

Aplicaciones de convertidores conectados a la red eléctrica (20 h)

Proyecto Fin de Master (150 h) Total Horas: 438

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Diseño de convertidores electrónicos de potencia

Objetivos y orientación

Dotar al asistente de los conocimientos requeridos desde la fase de diseño hasta la fase de validación del convertidor de potencia. Esto requiere comprender el comportamiento de cada componente y saber interpretar la información que el fabricante del componente proporciona, para garantizar su correcto funcionamiento en el convertidor. A pesar de que la asignatura tiene un fuerte contenido teórico (apoyado por simulaciones y prácticas de laboratorio) está muy orientada a la

práctica y uso adecuado de los componentes del convertidor.

A quien va dirigida

A todo aquel que requiera analizar, diseñar, dimensionar, montar o mantener un equipo de potencia.

Nivel de conocimientos previos requeridos

La asignatura parte de un nivel básico. Sin embargo, todo conocimiento sobre componentes electrónicos ayudará al asistente a asimilar mejor los contenidos vistos en clase.

Herramientas que se utilizan

Se propone un pequeño trabajo que se realiza en MATLAB. Es conveniente conocer la herramienta de ante mano.

Observaciones

La asignatura tiene un marcado contenido teórico. Se propone un trabajo que se realiza en MATLAB y al final del curso se procurará hacer (en la II edición del máster, 2013, se ha conseguido) una jornada de prácticas en las que mediante prácticas

de laboratorio se experimenta con IGBTs, drivers, layouts, etc...

Contenido Horas

Repaso de semiconductores de potencia,

encapsulados y datasheets 8

Drivers para IGBTs 4

Estimación de pérdidas y evacuación de calor 5

Layout del circuito de potencia 3

Asociación de semiconductores 2

Componentes pasivos 2

EMC 4

Total: 28

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Análisis de convertidores electrónicos de potencia

Objetivos y orientación

• Entender el funcionamiento de convertidores de potencia avanzados: Topologías multinivel, híbridos, MMC, CSC.

• Analizar diferentes tipos de modulación que se pueden emplear en convertidores de potencia. Analizar las ventajas e inconvenientes de cada una de ellas.

• Saber implementar estas modulaciones en las diferentes topologías que se estudian.

A quien va dirigida

A todo aquel que requiera analizar, modelar, simular, diseñar o incluso dimensionar un equipo de potencia.

Nivel de conocimientos previos requeridos Conocimientos de convertidores electrónicos de potencia.

Herramientas que se utilizan

Se requiere conocimientos de Matlab/Simulink.

Observaciones

• Exposición teórica.Ejercicios de simulación de diferentes topologías de convertidor implementando diferentes modulaciones.

Contenido Horas

1.- Introducción

2.- Modulación de 2 niveles 10

3.- VSC multinivel básicos 2

4.- Modulación de convertidores multinivel trifásicos 4

5. VSC multinivel avanzados 8

6.- CSI (Current Source Inverters) 4

Total: 28

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Modelado y Análisis de Máquinas Eléctricas

Objetivos y orientación

Aprender a modelar máquinas AC para su posterior control. Para ello se tratan los siguientes temas:

• Introducción a las máquinas AC. Modelo en régimen permanente.

• Fasores espaciales y Transformación de sistemas de referencia

• Modelado de la máquina síncrona

• Modelado de la máquina asíncrona

• Principios del control vectorial y Estimadores de flujo A quien va dirigida

La asignatura va dirigida a ingenieros que quieran iniciarse o profundizar en el análisis de máquinas AC y en su modelado para su posterior control.

Nivel de conocimientos previos requeridos

Electricidad básica, teoría de circuitos y cálculo matricial básico. Asimismo, se recomienda tener conocimientos previos de Matlab-Simulink.

Herramientas que se utilizan

Para los ejercicios y las clases prácticas se emplea la herramienta Matlab-Simulink. Aunque se enseña a utilizarla, se recomienda tener conocimiento previo en su manejo.

Observaciones

La asignatura se basa en la teoría y la obtención de los modelos matemáticos de las máquinas AC, y se complementa con ejercicios y simulaciones en Matlab-Simulink. Al final del curso, se realiza una práctica con un motor síncrono de

imanes y un control comercial.

Contenido Horas

1.- Análisis de máquinas eléctricas en Régimen

Permanente 4

2.- Modelado/Análisis avanzado de máquinas síncronas

(imanes permanentes/excitación independiente) 4

3.- Modelado/Análisis avanzado de máquinas asíncronas

de inducción 4

4.- Optimalización del funcionamiento de máquinas

síncronas y asíncronas 8

5.- Conceptos básicos de control escalar/vectorial de

máquinas eléctricas 4

7.- Estimadores y observadores de flujo 4

8.- Ponencia Experto 4

Total: 32

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Diseño de Máquinas Eléctricas

Objetivos y orientación

• Diseñar máquinas Brushless de imanes permanentes aplicando una metodología eficiente (coste y tiempo), utilizando una serie de herramientas analíticas y numéricas, y contemplando al mismo tiempo los dominios

Magnético-Eléctrico-Térmico

• Analizar las máquinas Brushless AC utilizando el software de elementos finitos FLUX de Cedrat

• Seleccionar los materiales adecuados para diseñar y construir una máquina que cumpla con las especificaciones de diseño

• Llevar a cabo los ensayos experimentales necesarios para validar un diseño de máquina A quien va dirigida

A todo aquel que requiera analizar, diseñar máquinas eléctricas o requiera comprender la influencia de los distintos parámetros en el comportamiento de la máquina.

Nivel de conocimientos previos requeridos

Electrotecnia y Electromagnetismo Herramientas que se utilizan

Se requieren conocimientos básicos de Matlab.

Durante el curso los alumnos se van a formar en la utilización de la herramienta de cálculo numérico FLUX Observaciones

Exposición teórica

Ejemplo completo de diseño de una máquina Brushless en paralelo con la teoría. El ejemplo abarca todo el contenido teórico y por lo tanto evoluciona a medida que se va impartiendo la parte teórica.

Exposición de un procedimiento para la simulación y análisis de máquinas eléctricas utilizando herramientas numéricas

Prácticas en laboratorio: Procedimiento para el análisis experimental de las prestaciones de máquinas Brushless Caso de estudio: ejemplo completo de un diseño de máquina para una aplicación real, aplicando la metodología

expuesta durante la asignatura

Contenido Horas

1.- Introducción + Diseño y dimensionado de

los circuitos magnéticos del rotor y del estator. 4

2.- Diseño del devanado de estator 4

3.- Optimización del diseño electromagnético y evaluación de las prestaciones de la máquina

mediante elementos finitos

4

4.- Ejercicios correspondientes a los capítulos 1,

2, 3 y 4 (Ordenadores) 4

5.- Metodología para el diseño de máquinas

síncronas de imanes permanentes 4

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(Ordenadores)

6.- Dimensionado térmico de máquinas eléctricas (propuesta de temario a expensas de

concretarlo con el ponente) (Ordenadores)

8

7.- Metodología para el diseño de máquinas síncronas de imanes permanentes

(Ordenadores)

4

Total: 32

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Accionamientos (Electric Drives)

Contenido Horas

1.- Introducción + control escalar. 4

2.- Control vectorial 4

3.- Debilitamiento de flujo 4

4.- Control vectorial sensorless 4

5.- Control de máquinas síncronas y otras 4

6.- PONENCIA EXPERTO 4

Total: 24

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Almacenamiento de Energía

Objetivos y orientación

• Exponer aplicaciones que emplean almacenamiento de energía para su uso en sistemas de energía eléctrico.

• Dar a conocer los principios de funcionamiento de distintas tecnologías de almacenamiento eléctrico. Analizar las ventajas e inconvenientes de cada una de ellas.

• Modelar y simular sistemas de almacenamiento de energía electroquímicos.

• Analizar y dimensionar sistemas de almacenamiento de energía electroquímicos.

Las tecnologías de almacenamiento tratadas son: volantes de inercia, supercapacidades, baterías de Pb Acido, NiCd, NiMH, LiOn, baterías de flujo y de alta temperatura.

A quien va dirigida

A todo aquel que requiera analizar y dimensionar sistemas de almacenamiento de energía Nivel de conocimientos previos requeridos

Electrotecnia y/o electrónica básica.

Herramientas que se utilizan

Se requiere conocimientos básicos de Matlab/Simulink.

Observaciones

Exposición teórica. Ejercicio de dimensionado de aplicación con uso de Supercapacidades. Ejercicio de comparativa de dimensionado de aplicación con baterías de LiOn frente a Pb Acido. Simulación y análisis de modelo eléctrico de celda de

LiOn.

Contenido Horas

1.- Baterías.

- Tipos de baterías.

- Ciclos de carga y descarga.

- Topologías de convertidor asociadas.

- Criterios de dimensionado (baterías y electrónica de potencia asociada).

- BMS y ecualización de baterías.

8

2.- Ultracapacidades.

- Ciclos de carga y descarga.

- Topologías de convertidor asociadas.

- Criterios de dimensionado (baterías y electrónica de potencia asociada).

- VMS y ecualización.

8

6.- PONENCIA EXPERTO 9. Temáticas posibles (orientativo):

“Storage systems for hybrid vehicles”, “Battery and energy management in applications”, “Real-time onboard battery

diagnostics”, …

4

Total: 20

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Generación de energía eólica

Contenido Horas

1.- Estructura de un parque eólico.

- Parque on-shore.

- Parque off-shore.

2.- La aeroturbina.

- Estructura general (nacelle, gearbox, etc..) - Estudio aerodinámico: Física y mecánica de la aeroturbina.

- Diferentes soluciones comerciales.

3.- Diferentes topologías eléctricas (máquina, convertidor, multiplicadora).

- Full converter: Estudio de diferentes topologías.

- Máquina de inducción doblemente alimentada (DFIM).

- Multipolos síncronos.

- Topologías emergentes.

4.- Requerimientos normativos.

- Comportamiento ante perturbaciones de red.

- Aporte en el control de la tensión y frecuencia.

- Calidad de onda.

8

5.- Aeroturbina basada en full scale converter (estudio detallado).

- Estructura eléctrica.

- Topologías de convertidor.

- Dimensionado y diseño de convertidor y elementos pasivos asociados (filtros, frecuencias de conmutación, calidad de onda, etc…).

- Capacidades generales.

- Sistema de control lado máquina y lado convertidor.

- Comportamiento ante perturbaciones y prestaciones dinámicas.

8

6.- Aeroturbina basada en máquinas doblemente alimentadas (estudio detallado).

- Estructura eléctrica.

- Topologías de convertidor.

- Dimensionado y diseño de convertidor y elementos pasivos asociados (filtros, frecuencias de conmutación, calidad de onda, etc…).

- Estudio de los equipos de apoyo para soportar faltas de red: DC-Chopper, crowbar, etc…

- Capacidades generales.

- Sistema de control lado máquina y lado convertidor.

- Comportamiento ante perturbaciones, régimenes desequilibrados y prestaciones dinámicas.

8

7.- PONENCIA EXPERTO 10.

“Predictive control of High power DFIM based wind turbines”

“LVRT techniques for grid code fulfilment”

“Power Electronic Systems for Renewable Sea Waves Energy Converter”, …

4

Total: 28

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Generación de energía mediante fuentes renovables y co-generación

Contenido Horas

1.- Aspectos generales.

2.- Centrales de energía solar fotovoltaica.

- Topologías de convertidor.

o Topologías derivadas de la configuración de puente en H.

o Topologías derivadas de la configuración NPC.

- Estrategia de control y sincronización con la red.

- Requerimientos normativos.

- Métodos de detección de modo isla.

- Algoritmos de seguimiento de máxima potencia (MPPT).

3.- Centrales de energía solar térmica.

8

4.- Minicentrales hidráulicas.

5.- Centrales de energía de la biomasa.

6.- Centrales de energía de energía geotérmica.

7.- Centrales de energía de las olas.

8.- Centrales de energía de las mareas.

9.- Centrales de la energía maremotérmica.

(Estudio de las estructuras generales haciendo hincapié en la electrónica de potencia requerida)

4

10.- Micro-generación.

11.- Micro-co-generación (stirling).

(Estudio de las estructuras generales haciendo hincapié en la electrónica de potencia requerida)

4

12.- PONENCIA EXPERTO 11. 4

Total: 20

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Generación transporte y distribución de la energía eléctrica

Contenido Horas

1.-Introducción al sistema eléctrico de potencia - Estructura del sistema eléctrico

- Operación del sistema eléctrico (operador del sistema) - Funcionamiento del mercado eléctrico - SmartGrids/Generación distribuida/DER

8

2.- Generación de energía eléctrica - Centrales térmicas clásicas - Centrales térmicas de ciclo combinado

- Centrales nucleares - Centrales hidroeléctricas - Generación en régimen especial.

4

3- .- Subestaciones de transformación - Configuración de las subestaciones

- Transformadores de potencia - Aparellaje de mando y protección.

- Instalaciones de puesta a tierra.

4

4- El alternador síncrono.

5.- Análisis de los sistemas de potencia

- Representación unifilar de los sistemas eléctricos - Valores por unidad

- Modelo de admitancia y cálculo de redes - Cálculo de flujos de potencia

4

6.- Fallos en el sistema de potencia - Cortocircuitos simétricos

- Componentes simétricas y redes de secuencia - Fallos asimétricos

4

7.-SEMINARIO sobre “Smart-Grids, un modelo de red más sostenible”. Un día con

ponencias de expertos. 8

Total: 32

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Aplicaciones de convertidores conectados a la red eléctrica

Contenido Horas

1.- Convertidor trifásico conectado a red.

- Control-modulación (control vectorial) en funcionamiento normal.

- Estudio de los diferentes régimenes de funcionamiento y comportamiento de las formas de onda de V e I asociadas.

- Dimensionado del convertidor: Semiconductor y filtros pasivos.

4

2.- Aplicaciones FACTS, mejora del suministro eléctrico y transmisión.

- Compensación paralelo (Stacoms, SVCs):

o Estudio de diferentes topologías posibles.

o Capacidad de corrección sobre la red eléctrica y mejora del suministro.

- Compensación serie (SSC, etc...).

o Estudio de diferentes topologías posibles.

o Capacidad de corrección sobre la red eléctrica y mejora del suministro.

- Filtros activos-pasivos y compensación de armónicos.

o Estudio de diferentes topologías (filtro activo) y configuraciones posibles (filtro pasivo).

o Capacidad de corrección sobre la red eléctrica y mejora del suministro.

- HVDC: Estudio de diferentes topologías posibles.

o Basada en tiristores.

o Basada en IGBTs: Dos niveles clásico y nuevas topologías multinivel modulares.

6

3- Sistemas desequilibrados y faltas de red: Análisis y soluciones basadas en electrónica de potencia.

- Estrategias de sincronización con redes desequilibradas - Estrategias de control para régimenes desequilibrados: Control vectorial

dual (secuencias positivas y negativas).

-

6

4.- PONENCIA EXPERTO 11. Temáticas posibles (orientativo):

“Grid connected converters”

“HVDC transmission under faulty conditions”

“Distributed Power Systems”

“Future Electronic Power Distribution Systems – A Contemplative View”, …

4

Total: 20

(14)

Tracción eléctrica ferroviaria

Contenido Horas

1.- Estructura general de la tracción ferroviaria.

- Física y dinámica de un tren.

- Tipos de trenes (tranvía, metro, interurbanos, Alta Velocidad, locomotoras).

- Infraestructuras ferroviarias (Tensiones de catenaria, centros de transformación de tracción)

2.- Lay-out del power train.

- Pantógrafo o grupo diesel.

- Pararrayos.

- Cofre de seccionadores.

- Filtros de red.

- Cofres de convertidor de tracción.

- Transmisión eléctrica de rueda a rail.

4

3.- Convertidores de tracción.

- Especificaciones.

- Topologías, limitaciones en frecuencia de conmutación, tecnologías más empleadas, etc…

- Refrigeración.

- Normativas.

4- Diseño y control de motores de tracción ferroviaria - Especificaciones.

- Estrategias de control

- Topologías y tecnologías de los motores de tracción ferroviaria - Normativas.

4

5.- PONENCIA EXPERTO 12. Temáticas posibles (orientativo):

“Advanced active control of a contact force between a pantograph and a catenary for a high-speed train”

“Fatigue analysis of catenary contact wires for high speed trains”

“Efficient Energy Management for On Board Battery-driven Light Rail Vehicle”

“Application of a kinetic energy recovery system”, …

4

Total: 12

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Vehículos híbridos y eléctricos

Objetivos y orientación

Conocer el estado del arte referente a los vehículos híbridos y eléctricos, y saber dimensionar una cadena de tracción para dichos vehículos. Estimadores de flujo

Nivel de conocimientos previos requeridos

Nivel básico de Matlab y nociones de Ingeniería Eléctrica, Electrónica o Industrial.

Herramientas que se utilizan Matlab

Observaciones

La asignatura contiene una componente teórica y de presentación de las últimas tendencias dentro del ámbito del vehículo eléctrico. También se utilizan simulaciones para aprender a dimensionar y diseñar controles a nivel de

aplicación.

Contenido Horas

1.- Estructura general del vehículo eléctrico.

- Física y dinámica del vehículo.

- Diferentes tipos de vehículos (motor central, motores-distribuidos, híbridos, etc..).

2.- Componentes principales del vehículo eléctrico

8

4. Sensores y actuadores del automóvil eléctrico (Tipos y adaptación de señal)

- Sensores en el tren de potencia.

- Sensores de la dinámica del vehículo y aplicación.

- Otros.

5.- Control básico de vehículos eléctricos e híbridos

4

Total: 12

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