Plataforma de Integración Hardware-Software para Testbed de Redes de Sensores Inalámbricas

El campo de las redes de sensores inalámbricas ha cobrado gran importancia en esta última década ya que se han abierto diversas líneas de investigación con el fin de poder llevar a la práctica los conceptos y definiciones que envuelven el potencial de esta tecnología, y que está llamada a ser el futuro en la adquisición de datos de cualquier entorno físico de aplicación, mediante una herramienta basada en la autogestión y desatención durante largos periodos de tiempo, capacidad de tomar muestras cuando sea necesario a través de nodos sensores que se caractericen por el ahorro de energía y que puedan ser capaces de trabajar de forma autónoma durante meses, y que el carácter inalámbrico de la red a desplegar facilite las tareas de instalación y mantenimiento. Ello requiere que las condiciones para que una red de sensores inalámbrica sea la forma más viable de monitorizar un determinado entorno se base en ciertos requisitos de diseño, como lo es la baja tasa de transferencia de datos por parte de los nodos (estos deben ser capaces de transmitir la información recolectada desde los sensores y luego permanecer dormidos hasta una nueva adquisición), hardware enfocado al bajo consumo de energía con el fin de evitar cambios en la fuente de energía (baterías) durante largos periodos de tiempo, adaptabilidad al entorno de aplicación, flexibilidad y escalabilidad de la red si la aplicación hace necesario la inclusión de nuevos nodos o la modificación de los ya existentes, sin que ello suponga mayores dificultades en su desarrollo e implementación. El Centro de Electrónica industrial de la Universidad Politécnica de Madrid se incluye dentro de este último grupo, donde se ha diseñado una completa plataforma hardware para redes de sensores inalámbricas, con el fin de investigar las potencialidades, dificultades y retos que supone el realizar un despliegue de nodos inalámbricos en cumplimiento de características primordiales como autonomía, flexibilidad y escalabilidad de la red, además de la autogestión de los dispositivos que forman parte de ella. El presente trabajo de investigación se centra en cubrir estas necesidades, por lo que su principal objetivo es la creación de una plataforma de integración hardware-software que permita explotar todas las potencialidades de la arquitectura Cookies a través de una herramienta que facilite el despliegue, control y mantenimiento de una red de sensores inalámbrica, con el fin último de contar con un sistema total para el prototipado rápido de aplicaciones, soporte de pruebas de nuevos desarrollos y la posibilidad de implementación de dicha plataforma en cualquier entorno real, siendo sólo necesario realizar pequeños ajustes desde el más alto nivel de abstracción para que el sistema sea capaz de adaptarse por sí solo. Para cumplir tales propósitos y lograr una completa integración del sistema conjunto, ha sido necesario fijar principalmente tres líneas de trabajo que se enmarcan dentro de los objetivos específicos del presente proyecto, las cuales se detallan a continuación: Bibliotecas Software modulares: Basada en la filosofía de modularidad y flexibilidad de la plataforma hardware, se hace imprescindible primeramente contar con una plataforma software para el control de todos y cada uno de los elementos que componen al nodo Cookie, a partir de bloques funcionales que permitan gestionar desde el núcleo de procesamiento principal todas las características de la plataforma. Esto permitirá asegurar el control de los recursos hardware y facilitar la utilización de la plataforma desde un nivel más alto de abstracción, sólo con la configuración de parámetros estandarizados para el funcionamiento de la misma. Perfil de aplicación Cookies: Después de contar con bloques software que permitan controlar las características de bajo nivel del nodo inalámbrico, es necesario crear una herramienta para la estandarización de la forma en la que se comunican los dispositivos a nivel de aplicación, con el fin de gestionar las características y atributos de los nodos sensores de forma remota y facilitar el entendimiento entre ellos. Para ello, es necesario fijar ciertas directivas y reglas que permitan homogeneizar la gestión de tareas asociadas a los nodos Cookies, a través del diseño de un perfil de aplicación. Testbed para redes de sensores: Como resultado de las dos líneas anteriores de trabajo, la idea es contar con un instrumento que permita realizar pruebas reales haciendo uso de la plataforma de integración HW-SW, a partir de la gestión de todas las características y potencialidades que ofrece el perfil de aplicación creado y así facilitar el desarrollo de prototipos para aplicaciones basadas en redes de sensores inalámbricas, de forma rápida y eficiente. En este sentido, la idea es contar con un banco de pruebas basado en un despliegue de nodos Cookies que pueda ser controlado desde un ordenador central a través de una interfaz de usuario, desde el cual se lleva a cabo la monitorización y actuación sobre la red inalámbrica. Con el fin de lograr todos los objetivos planteados, ha sido necesario realizar un exhaustivo estudio de la plataforma hardware descrita anteriormente con el fin de conocer la forma en la que interactúan cada uno de los elementos incluidos en los nodos, así como la arquitectura y filosofía de los mismos, para poder llevar a cabo la integración con el software y, como se verá más adelante, realizar ajustes en el hardware para poder implementar correctamente las funcionalidades diseñadas. Por otro lado, ha sido necesario analizar las características de la especificación ZigBee y, sobre todo, las propiedades que posee el módulo de comunicaciones que incluye la plataforma hardware, el ETRX2, con el fin de poder realizar una configuración y gestión adecuada de los nodos a través de la red inalámbrica, aprovechando las posibilidades y recursos que ofrece dicho módulo.

Modelado para simulación de redes de sensores inalámbricas predespliegue basado en visualsense

En este proyecto fin de máster se desarrolla un modelo de simulación de la plataforma Cookies y se define una interfaz de diseño que permita reflejar la principal característica diferencial de esta plataforma, la modularidad. Para ello se propone una estructura basada en 4 submodelos independientes, uno por cada una de las capas de la plataforma, definidos con máquinas de estados o FSM (Finite State Machine). Para cada una de las capas se crean varios modelos para probar que se cumple con la condición de que las todas las funcionalidades del nodo sean independientes entre sí, manteniendo así la modularidad característica de la plataforma Cookies.

Desintegración vertical en la industria del automóvil en España: un caso de estudio = Vertical disintegration in the automotive industry in Spain: a case study

En los años recientes se ha producido un rápido crecimiento del comercio internacional en productos semielaborados que son diseñados, producidos y ensamblados en diferentes localizaciones a lo largo de diferentes países, debido principalmente a los siguientes motivos: el desarrollo de las tecnologías de la información, la reducción de los costes de transporte, la liberalización de los mercados de capitales, la armonización de factores institucionales, la integración económica regional que implica la reducción y la eliminación de las barreras al comercio, el desarrollo económico de los países emergentes, el uso de economías de escala, así como una desregulación del comercio internacional. Todo ello ha incrementado la competencia a nivel mundial en los mercados y ha posibilitado a las compañías tener más facilidad de acceso a potenciales mercados, así como a la adquisición de capacidades y conocimientos en otros países y a la realización de alianzas estratégicas internacionales con terceros, creando un entorno con mayor incertidumbre y más exigente para las compañías que componen una industria, y que tiene consecuencias directas en las operaciones de las compañías y en la organización de su producción. Las compañías, para adaptarse, ser competitivas y beneficiarse de este nuevo escenario globalizado y más competitivo, han externalizado partes del proceso productivo hacia proveedores especializados, creando un nuevo mercado intermedio que divide el proceso productivo, anteriormente integrado en las compañías que conforman una industria, entre dos conjuntos de empresas especializadas en esa industria. Dicho proceso suele ocurrir conservando la industria en que tiene lugar, los mismos servicios y productos, la tecnología empleada y las compañías originales que la conformaban previamente a la desintegración vertical. Todo ello es así debido a que es beneficioso tanto para las compañías originales de la industria como para las nuevas compañías de este mercado intermedio por diversos motivos. La desintegración vertical en una industria tiene unas consecuencias que la transforman completamente, así como la forma de operar de las compañías que la integran, incluso para aquellas que permanecen verticalmente integradas. Una de las características más importantes de esta desintegración vertical en una industria es la posibilidad que tiene una compañía de adquirir a una tercera la primera parte del proceso productivo o un bien semielaborado, que posteriormente será finalizado por la compañía adquiriente con la práctica del outsourcing; así mismo, una compañía puede realizar la primera parte del proceso productivo o un bien semielaborado, que posteriormente será finalizado por una tercera compañía con la práctica de la fragmentación. El principal objetivo de la presente investigación es el estudio de los motivos, los facilitadores, los efectos, las consecuencias y los principales factores significativos, microeconómicos y macroeconómicos, que desencadenan o incrementan la práctica de la desintegración vertical en una industria; para ello, la investigación se divide en dos líneas completamente diferenciadas: el estudio de la práctica del outsourcing y, por otro lado, el estudio de la fragmentación por parte de las compañías que componen la industria del automóvil en España, puesto que se trata de una de las industrias más desintegradas verticalmente y fragmentadas, y este sector posee una gran importancia en la economía del país. En primer lugar, se hace una revisión de la literatura existente relativa a los siguientes aspectos: desintegración vertical, outsourcing, fragmentación, teoría del comercio internacional, historia de la industria del automóvil en España y el uso de las aglomeraciones geográficas y las tecnologías de la información en el sector del automóvil. La metodología empleada en cada uno de ellos ha sido diferente en función de la disponibilidad de los datos y del enfoque de investigación: los factores microeconómicos, utilizando el outsourcing, y los factores macroeconómicos, empleando la fragmentación. En el estudio del outsourcing, se usa un índice basado en las compras externas sobre el valor total de la producción. Así mismo, se estudia su correlación y significación con las variables económicas más importantes que definen a una compañía del sector del automóvil, utilizando la técnica estadística de regresión lineal. Aquellas variables relacionadas con la competencia en el mercado, la externalización de las actividades de menor valor añadido y el incremento de la modularización de las actividades de la cadena de valor, han resultado significativas con la práctica del outsourcing. En el estudio de la fragmentación se seleccionan un conjunto de factores macroeconómicos, comúnmente usados en este tipo de investigaciones, relacionados con las principales magnitudes económicas de un país, y un conjunto de factores macroeconómicos, no comúnmente usados en este tipo de investigaciones, relacionados con la libertad económica y el comercio internacional de un país. Se emplea un modelo de regresión logística para identificar qué factores son significativos en la práctica de la fragmentación. De entre todos los factores usados en el modelo, los relacionados con las economías de escala y los costes de servicio han resultado significativos. Los resultados obtenidos de los test estadísticos realizados en el modelo de regresión logística han resultado satisfactorios; por ello, el modelo propuesto de regresión logística puede ser considerado sólido, fiable y versátil; además, acorde con la realidad. De los resultados obtenidos en el estudio del outsourcing y de la fragmentación, combinados conjuntamente con el estado del arte, se concluye que el principal factor que desencadena la desintegración vertical en la industria del automóvil es la competencia en el mercado de vehículos. Cuanto mayor es la demanda de vehículos, más se reducen los beneficios y la rentabilidad para sus fabricantes. Estos, para ser competitivos, diferencian sus productos de la competencia centrándose en las actividades que mayor valor añadido aportan al producto final, externalizando las actividades de menor valor añadido a proveedores especializados, e incrementando la modularidad de las actividades de la cadena de valor. Las compañías de la industria del automóvil se especializan en alguna o varias de estas actividades modularizadas que, combinadas con el uso de factores facilitadores como las economías de escala, las tecnologías de la información, las ventajas de la globalización económica y la aglomeración geográfica de una industria, incrementan y motivan la desintegración vertical en la industria del automóvil, desencadenando la coespecialización en dos sectores claramente diferenciados: el sector de fabricantes de vehículos y el sector de proveedores especializados. Cada uno de ellos se especializa en unas actividades y en unos productos o servicios específicos de la cadena de valor, lo cual genera las siguientes consecuencias en la industria del automóvil: se reducen los costes de transacción en los productos o servicios intercambiados; se incrementan la relación de dependencia entre fabricantes de vehículos y proveedores especializados, provocando un aumento en la cooperación y la coordinación, acelerando el proceso de aprendizaje, posibilitando a ambos adquirir nuevas capacidades, conocimientos y recursos, y creando nuevas ventajas competitivas para ambos; por último, las barreras de entrada a la industria del automóvil y el número de compañías se ven alteradas cambiando su estructura. Como futura línea de investigación, los fabricantes de vehículos tenderán a centrarse en investigar, diseñar y comercializar el producto o servicio, delegando el ensamblaje en manos de nuevos especialistas en la materia, el contract manufacturer; por ello, sería conveniente investigar qué factores motivantes o facilitadores existen y qué consecuencias tendría la implantación de los contract manufacturer en la industria del automóvil. 1.1. ABSTRACT In recent years there has been a rapid growth of international trade in semi-finished products designed, produced and assembled in different locations across different countries, mainly due to the following reasons: development of information technologies, reduction of transportation costs, liberalisation of capital markets, harmonisation of institutional factors, regional economic integration, which involves the reduction and elimination of trade barriers, economic development of emerging countries, use of economies of scale and deregulation of international trade. All these factors have increased competition in markets at a global level and have allowed companies to gain easier access to potential markets and to the acquisition of skills and knowledge in other countries, as well as to the completion of international strategic alliances with third parties, thus creating a more demanding and uncertain environment for these companies constituting an industry, which has a direct impact on the companies' operations and the organization of their production. In order to adapt, be competitive and benefit from this new and more competitive global scenario, companies have outsourced some parts of their production process to specialist suppliers, generating a new intermediate market which divides the production process, previously integrated in the companies that made up the industry, into two sets of companies specialized in that industry. This process often occurs while preserving the industry where it takes place, its same services and products, the technology used and the original companies that formed it prior to vertical disintegration. This is because it is beneficial for both the industry's original companies and the companies belonging to this new intermediate market, for various reasons. Vertical disintegration has consequences which completely transform the industry where it takes place as well as the modus operandi of the companies that are part of it, even of those who remain vertically integrated. One of the most important features of vertical disintegration of an industry is the possibility for a company to acquire from a third one the first part of the production process or a semi-finished product, which will then be finished by the acquiring company through the practice of outsourcing; also, a company can perform the first part of the production process or a semi-finish product, which will then be completed by a third company through the practice of fragmentation. The main objective of this research is to study the motives, facilitators, effects, consequences and major significant microeconomic and macroeconomic factors that trigger or increase the practice of vertical disintegration in a certain industry; in order to do so, research is divided into two completely differentiated lines: on the one hand, the study of the practise of outsourcing and, on the other, the study of fragmentation by companies constituting the automotive industry in Spain, since this is one of the most vertically disintegrated and fragmented industries and this particular sector is of major significance in this country's economy. First, a review is made of the existing literature, on the following aspects: vertical disintegration, outsourcing, fragmentation, international trade theory, history of the automobile industry in Spain and the use of geographical agglomeration and information technologies in the automotive sector. The methodology used for each of these aspects has been different depending on the availability of data and the research approach: the microeconomic factors, using outsourcing, and the macroeconomic factors, using fragmentation. In the study on outsourcing, an index is used based on external purchases in relation to the total value of production. Likewise, their significance and correlation with the major economic variables that define an automotive company are studied, using the statistical technique of linear regression. Variables related to market competition, outsourcing of lowest value-added activities and increased modularisation of the activities of the value chain have turned out to be significant with the practice of outsourcing. In the study of fragmentation, a set of macroeconomic factors commonly used for this type of research, is selected, related to the main economic indicators of a country, as well as a set of macroeconomic factors, not commonly used for this type of research, which are related to economic freedom and the international trade of a certain country. A logistic regression model is used to identify which factors are significant in the practice of fragmentation. Amongst all factors used in the model, those related to economies of scale and service costs have turned out to be significant. The results obtained from the statistical tests performed on the logistic regression model have been successful; hence, the suggested logistic regression model can be considered to be solid, reliable and versatile; likewise, it is in line with reality. From the results obtained in the study of outsourcing and fragmentation, combined with the state of the art, it is concluded that the main factor that triggers vertical disintegration in the automotive industry is competition within the vehicle market. The greater the vehicle demand, the lower the earnings and profitability for manufacturers. These, in order to be competitive, differentiate their products from the competition by focusing on those activities that contribute with the highest added value to the final product, outsourcing the lower valueadded activities to specialist suppliers, and increasing the modularity of the activities of the value chain. Companies in the automotive industry specialize in one or more of these modularised activities which, combined with the use of enabling factors such as economies of scale, information technologies, the advantages of economic globalisation and the geographical agglomeration of an industry, increase and encourage vertical disintegration in the automotive industry, triggering co-specialization in two clearly distinct sectors: the sector of vehicle manufacturers and the specialist suppliers sector. Each of them specializes in certain activities and specific products or services of the value chain, generating the following consequences in the automotive industry: reduction of transaction costs of the goods or services exchanged; growth of the relationship of dependency between vehicle manufacturers and specialist suppliers, which causes an increase in cooperation and coordination, accelerates the learning process, enables both to acquire new skills, knowledge and resources, and creates new competitive advantages for both; finally, barriers to entry the automotive industry and the number of companies are altered, changing their structure. As a future line of research, vehicle manufacturers will tend to focus on researching, designing and marketing the product or service, delegating the assembly in the hands of new specialists in the field, the contract manufacturer; for this reason, it would be useful to investigate what motivating or facilitating factors exist in this respect and what consequences would the implementation of contract manufacturers have in the automotive industry.

Uso de redes Bayesianas para diagnosticar fallos inciertos de red

El objetivo de este proyecto fin de carrera es el desarrollo de un sistema de diagnóstico distribuido usando redes Bayesianas para alcanzar una lista de las causas más probables de fallo presentadas en el escenario del proyecto MAGNETO. Con ese objetivo, se ha desarrollado un sistema con arquitectura multi-agente que diagnostica las causas de fallo dado un síntoma usando inferencia sobre redes Bayesianas durante dicho proceso. Dentro del sistema existen diferentes tipos de agentes con sus funciones específicas que proporcionan un método distribuido de diagnóstico para conseguir mejor escalabilidad y modularidad.

Architecture to Support Automatic Grading Processes in Programming Teaching

La calificación automática de tareas de programación es un tema importante dentro del campo de la innovación educativa que se enfoca en mejorar las habilidades de programación de los estudiantes y en optimizar el tiempo que el profesorado dedica a ello. Uno de los principales problemas vigentes está relacionado con la diversidad de criterios para calificar las tareas de programación. El presente trabajo propone e implementa una arquitectura, basada en el concepto de orquestación de servicios, para soportar varios procesos de calificación automática de tareas de programación. Esto es obtenido a través de las características de modularidad, extensibilidad y flexibilidad que la arquitectura provee al proceso de calificación. La arquitectura define como pieza clave un elemento llamado Grading-submodule, el mismo que provee un servicio de evaluación del código fuente considerando un criterio de calificación. La implementación se ha llevado a cabo sobre la herramienta Virtual Programming Lab; y los resultados demuestran la factibilidad de realización, y la utilidad tanto para el profesorado como para los estudiantes.

Multiphase Design and Control Techniques Applied to a Forward Micro-Inverter

En la última década la potencia instalada de energía solar fotovoltaica ha crecido una media de un 49% anual y se espera que alcance el 16%del consumo energético mundial en el año 2050. La mayor parte de estas instalaciones se corresponden con sistemas conectados a la red eléctrica y un amplio porcentaje de ellas son instalaciones domésticas o en edificios. En el mercado ya existen diferentes arquitecturas para este tipo de instalaciones, entre las que se encuentras los módulos AC. Un módulo AC consiste en un inversor, también conocido como micro-inversor, que se monta en la parte trasera de un panel o módulo fotovoltaico. Esta tecnología ofrece modularidad, redundancia y la extracción de la máxima potencia de cada panel solar de la instalación. Además, la expansión de esta tecnología posibilitará una reducción de costes asociados a las economías de escala y a la posibilidad de que el propio usuario pueda componer su propio sistema. Sin embargo, el micro-inversor debe ser capaz de proporcionar una ganancia de tensión adecuada para conectar el panel solar directamente a la red, mientras mantiene un rendimiento aceptable en un amplio rango de potencias. Asimismo, los estándares de conexión a red deber ser satisfechos y el tamaño y el tiempo de vida del micro-inversor son factores que han de tenerse siempre en cuenta. En esta tesis se propone un micro-inversor derivado de la topología “forward” controlado en el límite entre los modos de conducción continuo y discontinuo (BCM por sus siglas en inglés). El transformador de la topología propuesta mantiene la misma estructura que en el convertidor “forward” clásico y la utilización de interruptores bidireccionales en el secundario permite la conexión directa del inversor a la red. Asimismo el método de control elegido permite obtener factor de potencia cercano a la unidad con una implementación sencilla. En la tesis se presenta el principio de funcionamiento y los principales aspectos del diseño del micro-inversor propuesto. Con la idea de mantener una solución sencilla y de bajo coste, se ha seleccionado un controlador analógico que está originalmente pensado para controlar un corrector del factor de potencia en el mismo modo de conducción que el micro-inversor “forward”. La tesis presenta las principales modificaciones necesarias, con especial atención a la detección del cruce por cero de la corriente (ZCD por sus siglas en inglés) y la compatibilidad del controlador con la inclusión de un algoritmo de búsqueda del punto de máxima potencia (MPPT por sus siglas en inglés). Los resultados experimentales muestran las limitaciones de la implementación elegida e identifican al transformador como el principal contribuyente a las pérdidas del micro-inversor. El principal objetivo de esta tesis es contribuir a la aplicación de técnicas de control y diseño de sistemas multifase en micro-inversores fotovoltaicos. En esta tesis se van a considerar dos configuraciones multifase diferentes aplicadas al micro-inversor “forward” propuesto. La primera consiste en una variación con conexión paralelo-serie que permite la utilización de transformadores con una relación de vueltas baja, y por tanto bien acoplados, para conseguir una ganancia de tensión adecuada con un mejor rendimiento. Esta configuración emplea el mismo control BCM cuando la potencia extraída del panel solar es máxima. Este método de control implica que la frecuencia de conmutación se incrementa considerablemente cuando la potencia decrece, lo que compromete el rendimiento. Por lo tanto y con la intención de mantener unos bueno niveles de rendimiento ponderado, el micro-inversor funciona en modo de conducción discontinuo (DCM, por sus siglas en inglés) cuando la potencia extraía del panel solar es menor que la máxima. La segunda configuración multifase considerada en esta tesis es la aplicación de la técnica de paralelo con entrelazado. Además se han considerado dos técnicas diferentes para decidir el número de fases activas: dependiendo de la potencia continua extraída del panel solar y dependiendo de la potencia instantánea demandada por el micro-inversor. La aplicación de estas técnicas es interesante en los sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica por la posibilidad que brindan de obtener un rendimiento prácticamente plano en un amplio rango de potencia. Las configuraciones con entrelazado se controlan en DCM para evitar la necesidad de un control de corriente, lo que es importante cuando el número de fases es alto. Los núcleos adecuados para todas las configuraciones multifase consideradas se seleccionan usando el producto de áreas. Una vez seleccionados los núcleos se ha realizado un diseño detallado de cada uno de los transformadores. Con la información obtenida de los diseños y los resultados de simulación, se puede analizar el impacto que el número de transformadores utilizados tiene en el tamaño y el rendimiento de las distintas configuraciones. Los resultados de este análisis, presentado en esta tesis, se utilizan posteriormente para comparar las distintas configuraciones. Muchas otras topologías se han presentado en la literatura para abordar los diferentes aspectos a considerar en los micro-inversores, que han sido presentados anteriormente. La mayoría de estas topologías utilizan un transformador de alta frecuencia para solventar el salto de tensión y evitar problemas de seguridad y de puesta a tierra. En cualquier caso, es interesante evaluar si topologías sin aislamiento galvánico son aptas para su utilización como micro-inversores. En esta tesis se presenta una revisión de inversores con capacidad de elevar tensión, que se comparan bajo las mismas especificaciones. El objetivo es proporcionar la información necesaria para valorar si estas topologías son aplicables en los módulos AC. Las principales contribuciones de esta tesis son: • La aplicación del control BCM a un convertidor “forward” para obtener un micro-inversor de una etapa sencillo y de bajo coste. • La modificación de dicho micro-inversor con conexión paralelo-series de transformadores que permite reducir la corriente de los semiconductores y una ganancia de tensión adecuada con transformadores altamente acoplados. • La aplicación de técnicas de entrelazado y decisión de apagado de fases en la puesta en paralelo del micro-inversor “forward”. • El análisis y la comparación del efecto en el tamaño y el rendimiento del incremento del número de transformadores en las diferentes configuraciones multifase. • La eliminación de las medidas y los lazos de control de corriente en las topologías multifase con la utilización del modo de conducción discontinuo y un algoritmo MPPT sin necesidad de medida de corriente. • La recopilación y comparación bajo las mismas especificaciones de topologías inversoras con capacidad de elevar tensión, que pueden ser adecuadas para la utilización como micro-inversores. Esta tesis está estructurada en seis capítulos. El capítulo 1 presenta el marco en que se desarrolla la tesis así como el alcance de la misma. En el capítulo 2 se recopilan las topologías existentes de micro-invesores con aislamiento y aquellas sin aislamiento cuya implementación en un módulo AC es factible. Asimismo se presenta la comparación entre estas topologías bajo las mismas especificaciones. El capítulo 3 se centra en el micro-inversor “forward” que se propone originalmente en esta tesis. La aplicación de las técnicas multifase se aborda en los capítulos 4 y 5, en los que se presentan los análisis en función del número de transformadores. El capítulo está orientado a la propuesta paralelo-serie mientras que la configuración con entrelazado se analiza en el capítulo 5. Por último, en el capítulo 6 se presentan las contribuciones de esta tesis y los trabajos futuros. ABSTRACT In the last decade the photovoltaic (PV) installed power increased with an average growth of 49% per year and it is expected to cover the 16% of the global electricity consumption by 2050. Most of the installed PV power corresponds to grid-connected systems, with a significant percentage of residential installations. In these PV systems, the inverter is essential since it is the responsible of transferring into the grid the extracted power from the PV modules. Several architectures have been proposed for grid-connected residential PV systems, including the AC-module technology. An AC-module consists of an inverter, also known as micro-inverter, which is attached to a PV module. The AC-module technology offers modularity, redundancy and individual MPPT of each module. In addition, the expansion of this technology will enable the possibility of economies of scale of mass market and “plug and play” for the user, thus reducing the overall cost of the installation. However, the micro-inverter must be able to provide the required voltage boost to interface a low voltage PV module to the grid while keeping an acceptable efficiency in a wide power range. Furthermore, the quality standards must be satisfied and size and lifetime of the solutions must be always considered. In this thesis a single-stage forward micro-inverter with boundary mode operation is proposed to address the micro-inverter requirements. The transformer in the proposed topology remains as in the classic forward converter and bidirectional switches in the secondary side allows direct connection to the grid. In addition the selected control strategy allows high power factor current with a simple implementation. The operation of the topology is presented and the main design issues are introduced. With the intention to propose a simple and low-cost solution, an analog controller for a PFC operated in boundary mode is utilized. The main necessary modifications are discussed, with the focus on the zero current detection (ZCD) and the compatibility of the controller with a MPPT algorithm. The experimental results show the limitations of the selected analog controller implementation and the transformer is identified as a main losses contributor. The main objective of this thesis is to contribute in the application of control and design multiphase techniques to the PV micro-inverters. Two different multiphase configurations have been applied to the forward micro-inverter proposed in this thesis. The first one consists of a parallel-series connected variation which enables the use of low turns ratio, i.e. well coupled, transformers to achieve a proper voltage boost with an improved performance. This multiphase configuration implements BCM control at maximum load however. With this control method the switching frequency increases significantly for light load operation, thus jeopardizing the efficiency. Therefore, in order to keep acceptable weighted efficiency levels, DCM operation is selected for low power conditions. The second multiphase variation considered in this thesis is the interleaved configuration with two different phase shedding techniques: depending on the DC power extracted from the PV panel, and depending on the demanded instantaneous power. The application of interleaving techniques is interesting in PV grid-connected inverters for the possibility of flat efficiency behavior in a wide power range. The interleaved variations of the proposed forward micro-inverter are operated in DCM to avoid the current loop, which is important when the number of phases is large. The adequate transformer cores for all the multiphase configurations are selected according to the area product parameter and a detailed design of each required transformer is developed. With this information and simulation results, the impact in size and efficiency of the number of transformer used can be assessed. The considered multiphase topologies are compared in this thesis according to the results of the introduced analysis. Several other topological solutions have been proposed to solve the mentioned concerns in AC-module application. The most of these solutions use a high frequency transformer to boost the voltage and avoid grounding and safety issues. However, it is of interest to assess if the non-isolated topologies are suitable for AC-module application. In this thesis a review of transformerless step-up inverters is presented. The compiled topologies are compared using a set benchmark to provide the necessary information to assess whether non-isolated topologies are suitable for AC-module application. The main contributions of this thesis are: • The application of the boundary mode control with constant off-time to a forward converter, to obtain a simple and low-cost single-stage forward micro-inverter. • A modification of the forward micro-inverter with primary-parallel secondary-series connected transformers to reduce the current stress and improve the voltage gain with highly coupled transformers. •The application of the interleaved configuration with different phase shedding strategies to the proposed forward micro-inverter. • An analysis and comparison of the influence in size and efficiency of increasing the number of transformers in the parallel-series and interleaved multiphase configurations. • Elimination of the current loop and current measurements in the multiphase topologies by adopting DCM operation and a current sensorless MPPT. • A compilation and comparison with the same specifications of suitable non-isolated step-up inverters. This thesis is organized in six chapters. In Chapter 1 the background of single-phase PV-connected systems is discussed and the scope of the thesis is defined. Chapter 2 compiles the existing solutions for isolated micro-inverters and transformerless step-up inverters suitable for AC-module application. In addition, the most convenient non-isolated inverters are compared using a defined benchmark. Chapter 3 focuses on the originally proposed single-stage forward micro-inverter. The application of multiphase techniques is addressed in Chapter 4 and Chapter 5, and the impact in different parameters of increasing the number of phases is analyzed. In Chapter 4 an original primary-parallel secondary-series variation of the forward micro-inverter is presented, while Chapter 5 focuses on the application of the interleaved configuration. Finally, Chapter 6 discusses the contributions of the thesis and the future work.

La experiencia docente del laboratorio de diseño avanzado y monitorizado de máquinas

En este artículo se presentan los trabajos realizados en el Laboratorio de Diseño Avanzado y Monitorizado de Máquinas (DISAMM), de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería y Diseño Industrial (ETSIDI) de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM). Este Laboratorio pone a disposición de estudiantes, profesores y ciudadanos de la UPM y de otras universidades nacionales e internacionales herramientas y recursos docentes aplicables al diseño avanzado de máquinas y mecanismos. Estas herramientas docentes están disponibles a través de la web mediante el acceso remoto, aprovechando la potencia de las nuevas tecnologías de la información y comunicación, y alcanza ratios de utilización muy elevados con unos recursos humanos y materiales muy reducidos. Una característica destacable de las actividades de laboratorio es la modularidad, concepto similar al de "plataforma modular", que ya se emplea en la industria. Las prácticas y actividades de laboratorio son modulables y escalables en función de a quienes van destinadas: estudiantes de grado, máster o doctorado. A través de las actividades y recursos docentes puestos en marcha, los estudiantes y usuarios pueden adquirir conocimientos, capacidades, habilidades y competencias específicas de diseño de máquinas eficaz, seguro y eficiente, así como competencias transversales relacionadas con la eficiencia, sostenibilidad y respeto al medio ambiente.