Coordinador Programa: D. Javier Uceda Antolín

  • Avalista Ingeniería Eléctrica y Gestión Electrónica de la Energía Eléctrica 1: D. Oscar García Suárez (UPM)
  • Avalista Ingeniería Eléctrica y Gestión Electrónica de la Energía Eléctrica 2: D. Pedro Alou Cervera (UPM)
  • Avalista Ingeniería Eléctrica y Gestión Electrónica de la Energía Eléctrica 3: D. Julio García Mayordomo (UPM)

 

Son numerosos los problemas que afronta nuestra sociedad que caen plenamente en el ámbito de la Ingeniería Eléctrica y Electrónica y que precisan del avance científico y del desarrollo tecnológico para su resolución. La línea de investigación se centra en abordar algunos de esos retos científicos como el del calentamiento global o la dependencia energética de España y La Unión Europea mediante el desarrollo de sistemas de generación de energía eléctrica a partir de fuentes de energía renovables. También se puede hacer frente al aumento de la contaminación atmosférica creciente en núcleos urbanos con el desarrollo de vehículos eléctricos.

En esta línea también se abordan los sistemas de control y de dispositivos de protección de los sistemas de energía eléctrica; así como todo lo que tiene que ver con la mejora del ahorro y la eficiencia energética.

Todas estas actividades están directamente alineadas con el Programa 20-20-20 de la Unión Europea que pretende alcanzar en el año 2020 una reducción del 20% de las emisiones de CO2, reducir el consumo de energía en un 20% mediante el ahorro y la eficiencia energética y alcanzar una participación del 20% en la producción de energía eléctrica empleando fuentes de energía renovables.

Buena parte de estos retos relacionados con la energía pasan por la utilización intensiva de la Electrónica y en particular de la Electrónica de Potencia, de modo que en esta línea se incorporan un conjunto de actividades relacionadas con esta disciplina.

Las actividades de Electrónica de Potencia están asociadas con sistemas de fuentes de alimentación de cualquier naturaleza, que van desde baja potencia (5 mW) en aplicaciones de implantes cocleares hasta alta potencia (100 kW) en aplicaciones de rayos X. La mayoría de las actividades están relacionadas con conversión CC/CC, CA/CC o conversión CC/CA en el rango de decenas a centenares de vatios.

El foco no está sólo en los convertidores, sino que nos ha sido imprescindible investigar también en los componentes y en los sistemas. Además de las líneas de investigación en topologías de potencia y en técnicas y métodos de control, hay algunas técnicas o tecnologías horizontales que son imprescindibles para diseñar sistemas de alimentación avanzados. Algunas de estas áreas se describen a continuación.

El modelado de dispositivos (componentes magnéticos sobre todo), convertidores, y arquitecturas de potencia, han sido una constante a lo largo de los últimos años, y uno de los pilares de nuestras líneas de investigación.

El Control digital es la otra técnica horizontal que ha dado valor añadido al grupo y a las líneas de investigación, ya que permite controlar de forma simultánea diversas variables y señales.

  • Avalista Sistemas Electrónicos Embebidos 1: Dª Teresa Riesgo Alcaide (UPM)
  • Avalista Sistemas Electrónicos Embebidos 2: D. Eduardo de la Torre Arnanz (UPM)
  • Avalista Sistemas Electrónicos Embebidos 3: D. Félix Moreno González (UPM)

 

Este equipo de investigación ha evolucionado desde «los circuitos electrónicos integrados» a «los sistemas embebidos». Así, en los años 90 y 00s las actividades relacionadas con esta línea evolucionaron de la microelectrónica (principalmente diseño de ASICs y desarrollo de herramientas CAD) a los sistemas digitales (sobre todo el diseño de hardware digital con énfasis en los métodos y herramientas). Así, el objetivo de investigación en este equipo se centra en el diseño de hardware para sistemas embebidos, sus métodos y sus aplicaciones, integrando software, firmware, sistemas operativos, comunicaciones, sensores, energía, etc., todo aquello que haga funcionar a un sistema embebido complejo.

En particular, la actividad se centra en las siguientes líneas de investigación, que serán las principales áreas en las que se desarrollarán las tesis doctorales dentro del programa:

  • Sistemas de inteligencia embebida. Los sistemas embebidos han de implementar tareas cada vez más complejas, lo que requiere un nivel de inteligencia
  • Embedded Intelligence-elevado. El aumento de dicho nivel de inteligencia obliga al aumento de las funciones de procesamiento de información que los sistemas embebidos realizan. Esto deriva, necesariamente, en un aumento importante de la complejidad del hardware y del software. Cada día se exige un mayor nivel de inteligencia a los dispositivos, teniendo restricciones de operación en tiempo-real y de fiabilidad importantes difíciles de satisfacer en sistemas complejos.
  • Avalista Electrónica de Potencia y Calidad del Suministro Eléctrico 1: D. Fco. Javier Sebastián Zúñiga (U. Oviedo)
  • Avalista Electrónica de Potencia y Calidad del Suministro Eléctrico 2: Dª Marta M. Hernando Álvarez (U. Oviedo)
  • Avalista Electrónica de Potencia y Calidad del Suministro Eléctrico 3: D. José M. Cano Rodríguez (U. Oviedo)

 

La energía eléctrica se genera en distintos formatos, entendiendo por tales las posibles combinaciones de frecuencia, tensión y potencia asociadas a ella. Así, la generación a gran escala de energía eléctrica se realiza habitualmente en alterna trifásica y a media tensión, mientras que la generación a pequeña escala puede realizarse tanto en alterna como en continua y en condiciones muy variables de tensión y potencia, especialmente si la fuente primaria de esa energía se puede catalogar como renovable.

En paralelo con esta situación, el consumo de la energía eléctrica requiere condiciones muy estables de tensión, incluso cuando la potencia consumida sufre grandes variaciones.

Si la carga final es un equipo electrónico, el consumo se realiza normalmente en corriente continua. Incluso cargas tradicionalmente de alterna, como pueden ser las relacionadas con la iluminación y con la tracción eléctrica, experimentan a día de hoy una creciente tendencia a incluir transformaciones intermedias a corriente continua. En algunos de estos casos, la tendencia actual es que la carga final se alimente en continua, como es el caso de la iluminación basada en diodos emisores de luz (LEDs).

La gran cantidad de transformaciones que el formato de la energía eléctrica sufre desde su generación hasta su consumo se realiza a través de transformadores y convertidores electrónicos de potencia. Hay conversiones de energía eléctrica correspondientes a aplicaciones muy extendidas, lo que origina gran estandarización en los convertidores diseñados para realizarlas. Ejemplos típicos de este caso pueden ser las fuentes de alimentación de los ordenadores, los adaptadores de tensión de dispositivos portátiles, o los cargadores de teléfonos móviles. Sin embargo, continúan existiendo aplicaciones que, bien por ser emergentes o bien por necesitar tensiones de alimentación muy específicas, necesitan convertidores electrónicos de potencia a medida. La importancia que está adquiriendo la generación de energía eléctrica distribuida, la recuperación de energía excedente en aplicaciones como el frenado regenerativo, el almacenamiento de la energía eléctrica, el intercambio de la misma entre diferentes almacenadores y otros muchos ejemplos enfatizan la continua necesidad de estudiar, modelar y diseñar nuevos convertidores electrónicos de potencia especialmente concebidos para estas aplicaciones. Es muy importante destacar que los sistemas completos son, en muchos casos, altamente complejos, por lo que el tradicional control analógico de los convertidores está siendo desplazado por control digital, integrado y jerarquizado en el control total del sistema.

La irrupción generalizada de conversión de energía eléctrica basada en convertidores electrónicos de potencia posibilita el uso de gran cantidad de fuentes primarias de energía, facilita el almacenado de la energía eléctrica y consigue la adaptación de esta energía a las necesidades de las aplicaciones. Sin embargo, el uso masivo de convertidores electrónicos de potencia en la red eléctrica también genera problemas. Los circuitos más simples y económicos son esencialmente no lineales, tendiendo a generar formas de onda de corriente eléctrica con alto contenido armónico. Afortunadamente, también es posible concebir convertidores electrónicos de potencia más complejos, en los que estos problemas desaparecen parcial o casi totalmente. Incluso es posible diseñar convertidores que solucionan los problemas que otros convertidores (u otras cargas) generan.

Por las razones explicadas, los convertidores electrónicos de potencia juegan un papel cada vez más importante en el sistema de generación, transporte, distribución y usos de la energía eléctrica, papel que supera la mera conversión del formato eléctrico de dicha energía. Los convertidores electrónicos de potencia hacen posibles sistemas complejos en los que las funciones de conversión se complementan con otras de almacenamiento y de garantía de calidad del suministro de dicha energía. Alrededor de estos sistemas surgen multitud de temas de estudio en el ámbito de la Ingeniería Eléctrica y Electrónica.

La línea de investigación que al Programa de Doctorado Interuniversitario en Ingeniería Eléctrica y Electrónica aporta la Universidad de Oviedo se centra en la Electrónica de Potencia y en los temas de Ingeniería Eléctrica directamente ligados a la calidad del suministro eléctrico