Desarrollo de estrategias de control avanzado para sistemas de extracción de energía undimotriz

Abstract

La conversión de energía de las olas emerge como una solución atractiva para la diversificación global de la matriz energética. El aprovechamiento de la energía undimotriz puede impulsar significativamente la incorporación de fuentes de energía renovable a la red eléctrica. No obstante, para que el proceso sea económicamente viable, es crucial desarrollar estrategias de control que maximicen la captura de energía, teniendo en cuenta los límites físicos del sistema. El objetivo principal de esta tesis es proponer y aplicar estrategias de control avanzado que maximicen la extracción de energía de las olas de manera eficiente y confiable. Para lograrlo, se emplean algoritmos de control de modos deslizantes, que ofrecen una solución robusta y simple para el control de sistemas no lineales. En particular, se utilizan algoritmos de modos deslizantes de segundo orden y superior, los cuales permiten un seguimiento exacto de las referencias de operación aún en presencia de incertidumbre y perturbaciones. Las estrategias de control propuestas fueron validadas mediante simulaciones exhaustivas y experimentos en entornos reales. Se usaron instalaciones especializadas, como un \textit{hardware-in-the-loop} de la Universidad de Maynooth, en Irlanda, y un tanque de olas en la Universidad de Aalborg, en Dinamarca, para evaluar el rendimiento y la eficacia de las estrategias de control en condiciones lo más cercanas posible a la realidad. Los resultados obtenidos muestran que las estrategias de control basadas en modos deslizantes son altamente efectivas para lograr un seguimiento exacto de las referencias que garantizan la operación óptima de convertidores de energía undimotriz. Con esa combinación se logra maximizar la extracción de energía de las olas y garantizar un funcionamiento confiable de los sistemas bajo control. Estos resultados respaldan el potencial de las estrategias propuestas para mejorar la eficiencia y la confiabilidad de los sistemas de extracción de energía undimotriz.

Wave energy conversion emerges as an attractive solution for global diversification of the energy matrix. Harnessing wave energy can significantly drive the incorporation of renewable energy sources into the power grid. However, for wave energy extraction to be economically viable, it is crucial to develop control strategies that maximize energy capture while considering the physical limits of the system. The main objective of this thesis is to propose and apply advanced control strategies that efficiently and reliably maximize wave energy extraction. To achieve this, sliding mode control algorithms are employed, providing a robust and straightforward solution for nonlinear system control. Specifically, second-order and higher-order sliding mode control algorithms are used, which enable accurate tracking of operational references even in the presence of uncertainty and disturbances. The proposed control strategies have been validated through extensive simulations and experiments in real-world environments. Specialized facilities, such as a hardware-in-the-loop setup at the University of Maynooth in Ireland and a wave tank at the University of Aalborg in Denmark, were utilized to evaluate the performance and effectiveness of the control strategies under conditions that closely resemble real-world scenarios. The obtained results demonstrate that sliding mode control-based strategies are highly effective in achieving accurate tracking of references, ensuring optimal operation of wave energy converters. This combination allows for the maximization of wave energy extraction and the reliable operation of controlled systems. These findings support the potential of the proposed strategies in enhancing the efficiency and reliability of wave energy conversion systems.