Publicació a la revista: IEEE Transactions on Power Electronics

El Dr. Àngel Borrell professor de l’EUSS, acaba de publicar un nou article de recerca a la revista IEEE Transactions on Power Electronics titulat: “Collaborative Voltage Unbalance Compensation in Islanded AC Microgrids with Grid-Forming Inverters”. Aquest treball ha estat una col·laboració de l’EUSS amb els Departaments d’Electrònica i de Control Automàtic de la UPC.

La presència de càrregues desequilibrades en els sistemes d’alimentació crea desequilibris de tensió que pertorben el funcionament de càrregues sensibles com motors d’inducció, convertidors d’electrònica de potència i variadors de velocitat.

(A) Migrocrid rid illada AC genèrica amb càrrega desequilibrada en el node k, i (B) Integració de control VUC en l’esquema de control de potència existent.

En aquest article es presenta un nou esquema de control que aconsegueix un equilibri de tensió precís a qualsevol node d’una microxarxa de corrent alterna illada amb una integració perfecta amb el control jeràrquic existent de la microxarxa. S’adopta una arquitectura mestre-esclau per a la compensació del desequilibri a causa dels seus baixos requisits de trànsit de xarxa i la seva concepció modular. La compensació de desequilibri segueix un principi de col·laboració on les injeccions de corrent es calculen en funció de la capacitat de corrent de cada inversor, evitant així la tensió de sobreintensitat de la compensació de desequilibri per un únic inversor. El treball presenta l’anàlisi d’estabilitat i les directrius de disseny dels paràmetres de control. El rendiment de la proposta de control s’ha provat amb èxit en una microxarxa de laboratori. Es presenten els resultats experimentals seleccionats.

Publicació a la revista Energy Science & Engineering: anàlisi de l’ús d’energia del tràfic transitori

El professor de l’EUSS, Dr. Ulises Diego-Ayala acaba de publicar un article de recerca a la revista Energy Science & Engineering titulat “Transient traffic energy‐use analysis employing video‐tracking and microscopic modeling techniques: A case study using electric and combustion engine vehicles”. Aquest treball ha estat una col·laboració de l’EUSS amb l’Instituto de Ciencias de la Atmósfera y Cambio Climático i la Facultat d’ Arquitectura de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM).

En aquest treball es proposa un mètode per determinar l’ús d’energia i les emissions en trànsit transitori dels vehicles. Funciona a una escala de temps microscòpica d’1 segon, capturant dinàmiques crítiques de “parada i arrancada” del vehicle en un entorn computacional controlat i repetible. Això permet la definició d’una funció de sensibilitat que vincula l’ús d’energia amb el flux de trànsit, proporcionant un paràmetre de comparació addicional. Per obtenir les dades dinàmiques, crucials per a la implementació i validació del modelatge de trànsit transitori, s’utilitza una tècnica de seguiment de vídeo per superar les deficiències de les dades del velocímetre i del GPS. Aquest enfocament permet observar i reproduir l’escena de trànsit.

Una vegada que el sistema conté dinàmiques precises, es pot implementar per a escenaris de trànsit com ara interseccions, zones escolars o futurs projectes de carreteres. Qualsevol tecnologia vehicular simulada es pot incorporar a l’anàlisi. Es va implementar un estudi de cas utilitzant 1.000 vehicles elèctrics i amb motor de combustió que interactuaven amb camions, autobusos i motocicletes, mentre es monitoraven sistemes de vehicles individuals. Aquests inclouen el tren de propulsió i la frenada regenerativa per aconseguir l’ús d’energia i les emissions. Els vehicles elèctrics no només van ser més eficients, sinó també menys sensibles a l’acumulació de trànsit que els motors de combustió.

Les tècniques que es presenten en aquest article presten al disseny i avaluació tecnològics i permeten provar sistemes de vehicles reals per a la planificació energètica i de trànsit sostenible.

(A) Fluxe d’informació proposada i (B) procés de validació del model de tràfic microscòpic basat en agents.

Publicació al Journal of Chemistry Education: REI en Química sobre la qualitat de l’aigua

Els doctors, Miquel Àngel Amer, Carles Luque i la Dra. Elena Bartolomé acaben de publicar un article de recerca a la revista, Journal of Chemical Education titulat “Study and Research Path for Learning General Chemistry: Analyzing the Quality of Drinking Water”.

En aquest treball s’ha investigat l’ús de la metodologia REI (Recorregut d’Estudi i Investigació) per a l’aprenentatge de la Química general, una assignatura que sovint es troba al pla d’estudis de primer any de moltes titulacions tècniques. 

En els darrers anys els REIs han sorgit com una metodologia molt interessant basada en la recerca I l’estudi de projectes pràctics. En el REI, la cerca d’una resposta a una pregunta generatriu proposada a la classe (Q0) deriva en un esquema arborescent de preguntes i respostes, que es resumeixen en un mapa Q−A.

Exemple de mapa Q-A mapa derivat de la subpregunta Q03- “Quin és el pH de l’aigua de l’aixeta de la teva Ciutat?”

En el cas d’estudi del present treball, es va dissenyar, implementar i analitzar un REI específic per l’assignatura de Química del Grau d’Enginyeria impartit a l’EUSS. La pregunta generatriu del REI, va ser “Quina és la qualitat de l’aigua de l’aixeta a la teva ciutat?”. Aquesta pregunta va portar a l’alumnat a familiaritzar-se amb els estàndards i aprendre diferents tècniques d’anàlisi químiques per determinar els paràmetres de qualitat de l’aigua (com ara la duresa, el pH, el residu sec, la concentració de sulfats i clorurs).

Diferents activitats d’estudi i investigació durant el REI de Química impartit a l’EUSS el curs 2020-2021: (a) Presentació d’una subpregunta generatriu i dibuix del mapa Q-A mapa general en la pissarra (b) discussió entre membres del grup (c) determinació dels clorurs (d) mesura del pH (e) discussió entre professorat i l’alumnat (f) presentació oral dels mapes Q-A i discussió.

Els resultats de la primera edició del REI en Química mostren que aquesta metodologia va ser molt enriquidora per a l’aprenentatge de l’assignatura, va ampliar resultats en una ampliació dels recursos d’aprenentatge respecte al curs tradicional. El disseny específic del REI va ajudar a superar els problemes didàctics identificats en l’organització anterior, mitjançant la integració dels continguts teòrics i experimentals, millorant les competències de treball en el laboratori de l’alumnat.

El REI va donar-li un “sentit” al curs, augmentant així la motivació. Tant l’alumnat com el professorat es van adaptar fàcilment al nou format d’instrucció.

Els resultats d’aquest treball obren noves oportunitats per a l’aplicació dels REIs en altres cursos de Química.

Nova publicació a la revista, IEEE Transactions on Smart Grid: “La compartició d’energia complexa, no és complexa”

El Dr. Àngel Borrell ha publicat en el mes de gener un segon article, titulat “Complex Power Sharing is Not Complex” publicat a la revista IEEE Transactions on Smart Grid, en col·laboració amb investigadors del Departament de Control Automàtic de la UPC a Vilanova i la Geltrú.

Potència complexa aconseguida per les polítiques droop-like i la nova estratègia DCPS, per als tres escenaris d’impedància MicroGrid.

Aquest article presenta una potència complexa distribuïda, enfocament compartit que resol el problema de l’actiu i el reactiu, compartició d’energia en microxarxes insolades basades en inversors. Anteriors estratègies d’última generació basades en controls de caiguda amb possiblement mètodes d’impedància virtual i complementats amb jeràrquics, els esquemes poden proporcionar una mala distribució d’energia a causa de la relació R/X i impedàncies de línia no coincidents, fins i tot comprometent les microxarxes d’estabilitat, si els paràmetres de control de caiguda no s’estableixen correctament.

Un nou enfocament de control, que utilitza una xarxa de comunicació per intercanviar dades entre tots els inversors per injectar energia de manera justa, proporciona un conjunt de propietats atractives. En primer lloc, s’aconsegueix un actiu precís i compartició de potència reactiva tant per a potència resistiva com inductiva, línies sense cost de control addicional (evitant energia innecessària injeccions), i independentment dels canvis de càrrega i connexions i desconnexions dels inversors. A més, assegura una exponencial velocitat de convergència i l’ajust dels paràmetres de control pot no comprometre l’estabilitat de la microxarxa.

El desenvolupament teòric es basa en un canvi de variables que linealitza la potència complexa dinàmica, facilitant així la tasca de disseny de la llei de control i la prestació dels mitjans per calcular l’amplitud i la fase adequades per a cada voltatge de sortida de l’inversor. Resultats experimentals seleccionats a una microxarxa de laboratori certifica l’aplicabilitat i el rendiment de l’esquema de control proposat.

Publicació a la revista, IEEE Transactions on Power Electronics: nou esquema de control en microxarxes connectades a la xarxa i basades en inversors

El Dr. Àngel Borrell acaba de publicar un article titulat “Control Scheme for Negative-Sequence Voltage Compensation and Current Sharing in Inverter-based Grid-Connected Microgrids” a la revista IEEE Transactions on Power Electronics.

Aquest treball ha estat fruit de la seva col·laboració amb investigadors del departament d’Enginyeria Electrònica com també del departament de Control Automàtic de la UPC a Vilanova i la Geltrú.

Microgrid de laboratori. Cada inversor s’identifica amb un color diferent.

Aquest article presenta un esquema de control que resolt simultàniament els problemes de compensació de tensió de seqüència negativa i de compartició de corrent de seqüència negativa en microxarxes connectades a la xarxa, mitjançant inversors d’alimentació de xarxa. Els esquemes d’última generació han resolt anteriorment aquests problemes amb solucions de control de baix rendiment o, alternativament, amb solucions d’alt rendiment però pagant el cost d’un alt trànsit de dades de control a la xarxa de comunicacions.

L’esquema de control proposat millora el rendiment dels esquemes anteriors per als inversors d’alimentació de xarxa amb les característiques següents:

1) compensació de tensió de seqüència negativa en qualsevol punt de la microxarxa 2) compartició precisa del corrent de seqüència negativa i 3) dades de control baixes, trànsit.

Pel que fa a la implementació, dos punts clau de l’esquema de control proposat són: la compensació de tensió que es basa en un filtre passa-banda amb coeficients complexos i el repartiment de corrent, només s’aconsegueix amb mesures locals de corrent. En l’anàlisi teòrica, el model del sistema es basa en funcions de transferència amb coeficients complexos.

Aquest fet facilita el disseny de control a causa de:

1) el model del sistema és lineal en aquest domini complex i 2) el model d’entrada múltiple i sortida es pot representar com un model d’entrada única i sortida per a la compensació de tensió. Les característiques del control suggerit es validen mitjançant resultats experimentals mesurats en una microxarxa de laboratori.