| Tesis Doctorales de la Universidad de Alcalá |
| AN INTEROPERABLE DIGITAL TWIN APPROACH FOR THE DIAGNOSIS OF ANOMALIES IN PHOTOVOLTAIC ENERGY SYSTEMS | | Autor/a | Hueros Barrios, Pablo José | | Departamento | Electrónica | | Director/a | Rodríguez Sánchez, Francisco Javier | | Codirector/a | Martín Sánchez, Pedro | | Fecha de depósito | 18-07-2025 | | Periodo de exposición pública | 19 de julio a 2 de septiembre de 2025 | | Fecha de defensa | Sin especificar | | Programa | Electrónica: Sistemas Electrónicos Avanzados. Sistemas Inteligentes (RD 99/2011) | | Mención internacional | Solicitada | | Resumen | Esta tesis doctoral propone una arquitectura de Digital Twin (DT) para el diagnóstico
de anomalías en sistemas de energía fotovoltaica, abordando de forma integrada tres ejes
clave: el diseño del DTs, la evaluación de riesgos de ciberseguridad desde el diseño y el
diagnóstico de anomalías en convertidores DC–DC. En un contexto de creciente adopción
de la generación solar, los DT, réplicas virtuales conectadas en tiempo real a sus homólogos
físicos, se están consolidando como una herramienta clave para optimizar la supervisión,
el mantenimiento y el diagnóstico inteligente de plantas fotovoltaicas. Como resultado, se
propone una solución integral que fortalece la resiliencia y el mantenimiento inteligente,
promoviendo la adopción de DTs en el sector energético.
Una de las principales contribuciones de este trabajo es el diseño e implementación
de una arquitectura de DT con soporte para facilitar la interoperabilidad, basada en
el estándar Functional Mock-Up Interface (FMI), que permite la integración flexible de
herramientas y modelos heterogéneos. La arquitectura se implementa sobre hardware
accesible, como Single Board Computer (SBC), y se apoya en modelos físicos, generados
en OpenModelica y modelos de datos, garantizando portabilidad, escalabilidad y ejecución
en tiempo real.
En el ámbito de la ciberseguridad, la tesis presenta un marco automatizado de análisis
de riesgos que combina estándares reconocidos junto con técnicas de lógica difusa.
Esta herramienta permite identificar activos, evaluar vulnerabilidades y calcular el nivel
de riesgo asociado a cada amenaza, proponiendo medidas de mitigación adecuadas. Su
aplicación al DT desarrollado permite asegurar el cumplimiento de un principio básico en
ciberseguridad "seguridad desde el diseño".
Finalmente, el trabajo también se centra en los convertidores DC–DC, identificados
como uno de los elementos más críticos ante fallos en sistemas de energía fotovoltaica.
Para ello, se construye un banco de pruebas Hardware in the Loop (HIL) capaz de emular
anomalías y generar datos sintéticos. Sobre esta plataforma se validan técnicas híbridas
de diagnóstico, que combinan modelado físico y algoritmos de aprendizaje automático
para aumentar la precisión y robustez del sistema ante estas anomalías. |
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