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Multisampled-capacitor-voltage active damping for parallel interleaved grid connected voltage source converters with LCL filter
(IEEE, 2017) Samanes Pascual, Javier; Gubía Villabona, Eugenio; Institute of Smart Cities - ISC; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
Parallel interleaved converters for high power renewable energy systems present stability issues at the LCL resonance frequency. A multisampled measurement and filtering strategy is proposed to stabilize the system based on the capacitor voltage derivative active damping, overcoming its limitations for low switching power converters. The effects of the delays on the stability of the active damping strategy would be analysed. The solution developed is robust against grid inductance variations, ensuring the fulfilment of the stringent harmonic grid codes.
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MIMO based decoupling strategy for grid connected power converters controlled in the synchronous reference frame
(IEEE, 2018) Samanes Pascual, Javier; Gubía Villabona, Eugenio; López Taberna, Jesús; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Institute of Smart Cities - ISC; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
Power converters are frequently connected to the grid through a LCL filter, controlling its power transfer through a current control loop in the synchronous reference frame. In this reference frame, cross coupling terms appear between the current and voltages of the passive components, which, without a proper decoupling strategy, penalize the converter transient response and the current control adjustment. In this work, an intuitive decoupling strategy is presented to improve the dynamic behavior, based on Multiple-Input-Multiple-Output systems theory. The approach developed is particularly interesting in extremely weak grids, allowing an easier adjustment of the main controller.
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Control strategy for a droop-controlled grid-connected DFIG wind turbine
(IEEE, 2022) Oraa Iribarren, Iker; Samanes Pascual, Javier; López Taberna, Jesús; Gubía Villabona, Eugenio; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Institute of Smart Cities - ISC; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren
The application of droop control techniques without inner current control loops to doubly-fed induction generator (DFIG) based wind turbines does not allow to provide a stable response at all operating points in terms of rotational speed and active and reactive power. After modeling the system dynamics and analyzing the causes of instability, this paper proposes a control strategy that allows to stabilize the system response at all possible operating points. Simulation results performed in MATLAB/Simulink validate the proposed control strategy proving its effectiveness.
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Energía sostenible: sin malos humos
(Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa, 2019) Samanes Pascual, Javier; Pascual Miqueleiz, Julio María; Berrueta Irigoyen, Alberto; Araiz Vega, Miguel; Catalán Ros, Leyre; Aranguren Garacochea, Patricia; Arricibita de Andrés, David; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Institute of Smart Cities - ISC; Ingeniería; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Ingeniaritza
¿Puede España ser sostenible energéticamente? Si alguna vez te has planteado esta pregunta, o quieres saber en qué gastamos la energía y de dónde podría ser obtenida, aquí encontrarás respuestas. Nuestros recursos renovables son inmensos, pero también lo es nuestro consumo. Este libro no solo se centra en analizar la situación actual y las posibilidades que las energías renovables tienen en nuestro país, sino que, presentando de forma clara los datos sobre nuestro gasto energético, permite a cada lector identificar sus mayores consumos, de tal forma que pueda considerar cómo reducirlos. Energía sostenible. Sin malos humos es la adaptación al caso español, actualizando los datos, del libro publicado hace una década por David MacKay en el Reino Unido. La sostenibilidad es hoy en día una preocupación creciente en la sociedad. Pero a menudo este interés se ve contaminado por cifras enormes que resultan muy complicadas de comprender. Además, todos hemos oído hablar en algún momento sobre pequeños gestos al alcance de nuestra mano que podrían permitir un cambio hacia un modelo sostenible. Nada más lejos de la realidad, pequeñas acciones solo permiten pequeños cambios, y el cambio de modelo energético al que nos enfrentamos requiere grandes acciones. Para deshacernos de todo este ruido, en este libro se presentan los números de forma clara y sencilla, utilizando unidades a nuestro alcance y que son comprensibles por todas las personas. Esto permite identificar de una forma mucho más personal los consumos energéticos de nuestro día a día. A lo largo de la primera parte del libro se van construyendo dos columnas: una de color rojo, que representa la agregación de consumos, y otra de color verde, que representa la capacidad de generación. Estas columnas ofrecen una comparación muy visual de la infraestructura renovable que sería necesaria para mantener nuestro ritmo de consumo energético actual. Además, utiliza números «gordos» obtenidos de la experiencia del día a día. Por ejemplo, para calcular la capacidad de generación eólica se parte de una velocidad de viento estimada a partir de la velocidad típica de un ciclista urbano. Toda esta información se encuentra en la primera parte del libro, en los capítulos del 1 al 18. Sin embargo, este libro no se centra únicamente en el análisis de la situación actual, sino que da un paso más y propone alternativas al modelo energético actual con el fin de alcanzar un modelo 100% renovable a medio plazo. Estas medidas incluyen un aumento importante en la potencia renovable instalada, un aumento en la eficiencia energética y algunos ligeros cambios en nuestro estilo de vida que permitan una reducción del consumo. Por supuesto, los tres frentes deben ser atacados al mismo tiempo. Estas propuestas se recogen en la segunda parte del libro, en los capítulos 19 a 32. Por último, este es un libro divulgativo al alcance de todas las personas, que busca transmitir toda la información de forma clara e intuitiva sin perderse en complicados cálculos. Pero si eres de los que les gustan las cuentas, al final del libro encontrarás un apartado en el que se explica de forma rigurosa muchos de los cálculos simples realizados en las primeras partes del libro. Estos apéndices técnicos forman la tercera parte del libro, son los apéndices de la A hasta la H.
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Building global competencies: a strategic approach to internationalization of engineering education
(Eindhoven University of Technology and Fontys University of Applied Sciences, 2023) Berrueta Irigoyen, Alberto; Samanes Pascual, Javier; Parra Laita, Íñigo de la; Goicoechea Fernández, Javier; Sanchis Gúrpide, Pablo; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Institute of Smart Cities - ISC; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
International mobility is an essential aspect of undergraduate education that enables students to acquire the necessary competences required by the European Higher Education Area (EHEA). However, small universities such as the Public University of Navarre (UPNA), which has approximately 9,000 bachelor's students, face challenges in providing effective mobility opportunities. The most significant hurdles include offering attractive mobility experiences to students and establishing mobility agreements with other universities. Nonetheless, the reduced size of UPNA provides some potential benefits, such as more personalized advice for students and better knowledge of the available destinations. This article discusses the internationalization strategy implemented by the Faculty of Industrial and ICT Engineering at UPNA, which has enabled over 25% of its students to participate in a mobility experience, resulting in a high satisfaction rate. This contribution provides valuable insights into how smaller universities can successfully offer international mobility programmes to their students.
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Dual-stage control strategy for a three-level neutral point clamped converter with selective harmonic mitigation PWM
(IEEE, 2023-11-01) Rosado Galparsoro, Leyre; Norambuena, Margarita; Samanes Pascual, Javier; Lezana, Pablo; Gubía Villabona, Eugenio; López Taberna, Jesús; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoa eta Telekomunikazio Ingeniaritza; Institute of Smart Cities - ISC; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
Grid-connected converters must meet the requirements imposed by grid codes, such as harmonic emission limits and grid voltage support during voltage dips. Selective harmonic mitigation pulsewidth modulation (SHMPWM) is a very interesting technique for high power converters to meet the maximum harmonic emission levels, while keeping a low switching frequency. However, the combination of this modulation with a proportional integral (PI) controller requires slow dynamics, which makes it difficult to comply with the dynamic response requirements of grid codes. As an alternative, model predictive control (MPC) offers a very fast dynamic response, but a wide spread harmonic spectrum in steady state. Thus, the combination of MPC with a PI controller with SHMPWM is advantageous. In this work, a dual-stage control strategy is implemented. During transients, finite control set MPC (FCS-MPC) is activated to rapidly drive the current to the desired reference, while in steady state, the PI controller with SHMPWM is used. Therefore, the dual-stage control strategy allows to comply with the two requirements of grid codes, becoming a suitable strategy for grid-connected converters.
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On the limits of the capacitor-voltage active damping for grid-connected power converters with LCL filter
(IEEE, 2018) Samanes Pascual, Javier; Gubía Villabona, Eugenio; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Institute of Smart Cities - ISC; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
Active damping strategies are widely extended to avoid stability issues at the LCL filter resonant poles in grid-connected voltage source converters. The capacitor voltage derivative active damping effectively damps the filter resonant poles without additional sensors, but it loses its effectiveness as the resonance frequency approaches the converter control Nyquist frequency, influenced by the existing delays in the control loop. To reduce this limitation, the delays can be reduced by performing a multisampled derivative, however, even though the stability limits might be extended, the oversampled approach might increase noise amplification problems. An appropriate filtering solution is required in the feedback path in order to reduce noise amplification and eliminate aliasing problems, without compromising the stability, as a result of a modification in the active damping feedback path. This work examines the limits of applicability of the capacitor voltage derivative strategy taking into account the filters used in the AD path, providing experimental results to validate the presented approach.
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Active damping based on the capacitor voltage positive-feedback for grid-connected power converters with LCL filter
(IEEE, 2019) Samanes Pascual, Javier; Gubía Villabona, Eugenio; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Institute of Smart Cities - ISC; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación
The capacitor voltage positive-feedback is a widely extended active damping strategy. It can effectively damp the LCL output filter resonant poles for low ratios of resonance to sampling frequencies. However, the existing delays in the control loop limit the applicability of the capacitor-voltage positive-feedback. For high ratios of resonance to sampling frequencies, it becomes ineffective and can even destabilize the system. This limitation is overcome in this paper by adjusting the delay in the feedback path. With the delay adjustment, a robust damping can be achieved if the delays are properly considered, including the filters, and the grid impedance variations are taken into account. Simulation results validate the proposed active damping strategy.
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Control design and stability analysis of power converters: the discrete generalized Bode criterion
(IEEE, 2021) Urtasun Erburu, Andoni; Samanes Pascual, Javier; Barrios Rípodas, Ernesto; Sanchis Gúrpide, Pablo; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren
For the controller design and stability analysis of power electronic converters, the Bode stability criterion and its subsequent revisions are the most practical tools. However, even though the control of the power converter is usually implemented in a microprocessor, none of these methods is infallible when applied to a discrete system. This article therefore proposes a new stability criterion, named the Discrete Generalized Bode Criterion (DGBC). This method is based on the Nyquist criterion but developed from the open-loop Bode diagram, evaluated also at 0 Hz and at the Nyquist frequency. The proposed criterion combines the advantages of the Nyquist and Bode criteria, since it is always applicable and provides an interesting and useful tool for the controller design process. The method is applied to design an active damping control of an inverter with LCL filter, showing how the proposed criterion accurately predicts stability, in contrast to the existing Bode criteria. The theoretical analysis is validated through experimental results performed with a three-phase inverter and an LCL filter.
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Strategies for improving the efficiency and grid-connection stability of power converters for wind energy systems
(2018) Samanes Pascual, Javier; Gubía Villabona, Eugenio; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
La energía eólica es una de las principales fuentes de generación renovable, una tecnología que continúa expandiéndose gracias a la reducción de costes y a la mayor concienciación ambiental de la sociedad. Esta expansión a nivel mundial está provocando que las turbinas eólicas se conecten a redes débiles, que plantean nuevos problemas de estabilidad. Asimismo, para continuar avanzando en la reducción del coste de la energía generada, la eficiencia de los sistemas de generación eólica, y consecuentemente del convertidor de potencia, se convierte en un aspecto clave. Por ultimo, existe una tendencia entre los principales fabricantes de aerogeneradores a incrementar el tamaño de las turbinas, aprovechando las economías de escala existentes. Esta tendencia está forzando a buscar nuevas estructuras de conversión para estas turbinas que alcanzan hoy en día los 9 MW. Dentro de este contexto general, en esta tesis se abordan las siguientes líneas de investigación: - Modelo detallado de los lazos de control de un convertidor de conexión a red. - Mejora de la respuesta din amica del convertidor. - Mejora de la estabilidad y de la eficiencia de convertidores de conexión a red al amortiguar el filtro de salida mediante el control. - Incremento de la eficiencia gracias a la utilización de modulaciones específicas para convertidores eólicos. - Análisis de las estructuras de conversión para turbinas eólicas de gran potencia y extensión a estos sistemas de las técnicas anteriores.