CONCEPTUALIZACIÓN Y SIMULACIÓN DE ALGORITMO DE MANEJO ENERGÉTICO PARA UN SISTEMA BESS INTEGRADO A UNA MICRORRED PV

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Laura Milagros Acosta Aguirre
hace 8 años
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1 CONCEPTUALIZACIÓN Y SIMULACIÓN DE ALGORITMO DE MANEJO ENERGÉTICO PARA UN SISTEMA BESS INTEGRADO A UNA MICRORRED PV Daniel Sanhueza R., Leonardo Palma F., Luis García S. Universidad de Concepción, Chile

2 Introducción Crecimiento constante de la penetración de las ERNC. Potencia suministrada por las ERNC es en general variable En microrredes existen problemas de ajustar la potencia generada en función de los cambios en la demanda. En tales casos la operación del sistema se ve alterada produciéndose problemas de estabilidad.

problemas de ajustar la potencia generada en función de los cambios en la

3 Introducción Este trabajo se realiza la conceptualización de un algoritmo de control energético para un BESS integrado a una microrred alimentada por un sistema PV para la zona de Calama en Chile Garantizando de esta forma adecuados procesos de carga y descarga del banco de baterías y la constante satisfacción de la demanda energética.

la zona de Calama en Chile Garantizando de esta forma adecuados procesos de carga y

4 Arquitectura del Sistema Para efectos de la conceptualización del sistema de manejo energético se requiere, en primer lugar, diseñar y dimensionar la microrred. En este caso se alimentará un pequeño poblado con una red trifásica de 380V y 50 Hz, con un perfil de consumo de potencia del tipo residencial, cuya potencia media es de 103,07 kw, y potencia peak de 184,99 kw CARGA RESIDENCIAL [KW] Potencia [KW] X: 19.6 Y: hora X: 23 ENERGIA RESIDENCIAL [KWh] Y: 2371 Energía [KWh] hora

En este caso se alimentará un pequeño poblado con una red trifásica de 380V y 50 Hz, con un perfil de consumo de potencia del tipo

5 Arquitectura del Sistema Esta microrred será alimentada desde una fuente fotovoltaica integrada con un BESS. Tanto el arreglo de paneles PV como el BESS se interconectan al inversor por medio de un enlace DC común.

6 Dimensionamiento del arreglo fotovoltaico El dimensionamiento del arreglo PV se realiza en base a la energía total que demandará la carga. Para esto se considera que el convertidor DC-DC que hace la interface con el enlace DC integra un algoritmo de seguimiento del MPPT. í í / De esto se tiene que la energía que debe ser generada por los paneles es de kwh.

Para esto se considera que el convertidor DC-DC que hace la interface con el enlace DC

7 La irradiancia promedio mensual para el mes de Junio en la localidad de Calama es de Wh/m 2, lo que es equivalente a 4,132 h de sol a una irradiancia equivalente de 1000 W/m 2. El número de paneles necesarios para poder suministrar la energía demandada se realiza utilizando Considerando que se utilizaran paneles de 435 W/ 75,38 V/ 5,65 A se obtiene que para esta aplicación se requiere de paneles en el arreglo.

El número de paneles necesarios para poder suministrar la energía demandada se realiza utilizando

8 Dimensionamiento del banco de baterías La especificación del banco de baterías en el BESS se realiza en función de la energía que deberá mantener almacenada para poder suministrar la carga durante el tiempo en que el arreglo PV no sea capaz de generar suficiente potencia. Tomando en cuenta para esto los perfiles de carga e irradiancia se tiene que la energía que deberá ser descargada hacia el sistema es de 1.381,6 [kwh]. A partir de la tensión del enlace DC (640 [V]), se obtiene que el banco debe entregar 2.158,8 [Ah] diariamente.

9 Considerando el rendimiento de ciclo cerrado típico para celdas de ion de lito se tiene que la capacidad del banco debe ser de 2.398,67 [Ah]. í = 0,9 Por seguridad las baterías Ion-Li no deben operar con una profundidad de descarga mayor a un 80% y no ser cargadas mas allá de un 90% Por lo tanto el banco de baterías para cumplir esta condición de seguridad, deberá tener una capacidad de: í 0,7 Así se tiene que la capacidad del banco de baterías deberán ser mayor o igual a [Ah]

í = 0,9 Por seguridad las baterías Ion-Li no deben operar con una profundidad de descarga mayor a un 80% y no ser

10 Algoritmo de manejo energético La principal función del BESS es balancear la ecuación de generación versus demanda de energía. Adicionalmente, éste controlador de carga debe cumplir la función de proteger el conjunto de baterías contra una sobrecarga o descarga profunda, situaciones que hacen disminuir su vida útil. Para poder manejar estas dos funciones es necesario poder medir en forma instantánea la potencia demandada y la potencia generada y así determinar la potencia necesaria para mantener el equilibrio. =

descarga profunda, situaciones que hacen disminuir su vida útil.

11 Adicionalmente el algoritmo de control de carga debe mantener el banco de baterías dentro de los estados de carga aceptables (20-90%). Asimismo para que este algoritmo de manejo energético opere adecuadamente dentro de un ciclo de operación (un día) la energía generada por el arreglo de paneles PV debe ser igual o superior a la energía demandada por la microrred.

Asimismo para que este algoritmo de manejo energético opere adecuadamente dentro de un

13 Resultados de Simulaciones Con el objeto de verificar la operación del algoritmo de manejo del BESS descrito, se realizaron simulaciones en simulink Para esto se utilizó la información disponible sobre la irradiación en el mes de junio en la ciudad de Calama, la que corresponde al menor valor anual

simulink Para esto se utilizó la información disponible sobre la

14 Como primer resultado de la simulación se obtiene que el arreglo de paneles genera 3.223,8 [kwh/día]. Esto permite que, después de suministrar la energía demandada por la carga exista un excedente de 2,7 [kwh]. El que podrá ser almacenado en el BESS considerando los diferentes límites operacionales fijados en el regulador de carga. Potencia [KW] Potencia [KW] POTENCIA SALIDA CONVERTIDOR DC/DC Y CARGA RESIDENCIAL [KW] X: 12 Y: X: Y: hora X: POTENCIA BESS [KW] Y: carga salida convertidor DC/DC -200 X: 12 Y: hora

El que podrá ser almacenado en el BESS considerando los diferentes límites operacionales fijados en el regulador de carga.

15 Para determinar si este proceso es estable en el tiempo se simuló el comportamiento del sistema por un periodo de cinco días. Corriente [A] 800 X: Y: X: Y: CORRIENTES PV Y DEMANDA PV Demanda X: Tiempo [h] Y: CORRIENTE BEES 200 Corriente [A] X: Y: Tiempo [h] Al inicio y fin de cada ciclo el SOC del banco de baterías mantiene constante mostrando la efectividad del controlador de carga. Asimismo se respetaran los límites fijados para la operación del banco de baterías.

89 Tiempo [h] Y: 286.5 CORRIENTE BEES 200 Corriente [A] 0-200 -400 X: 0 12.09 20 40 60 80 100 Y: -467.

16 El perfil de tensión del BESS, oscila entre 650 y 640 volts al cambiar su estado de carga producto de la inyección o descarga de energía durante cada ciclo. 700 VOLTAJE BEES Voltaje [V] X: Y: X: Y: 637.3Tiempo [h] X: SOC 100 Y: SOC X: 55.5 Y: Tiempo [h] Asimismo puede verse que el estado de carga de la batería se mueve dentro de los límites establecidos por el controlador de carga.

5 60 80 100 Y: 637.3Tiempo [h] X: 38.91 SOC 100 Y: 90 80 SOC 60 40 X: 55.5 Y: 21.

17 Conclusiones En este trabajo se presentó la conceptualización de una microrred alimentada por un arreglo de paneles fotovoltaicos e integrada con un BESS. De la misma forma se presentó un procedimiento de dimensionamiento para dos de los elementos más importantes dentro del sistema, es decir el arreglo PV y el banco de baterías del BESS. Se desarrolló un algoritmo de control energético para administrar la energía en el sistema y controlar los procesos de carga y descarga del BESS para asegurar el adecuado funcionamiento de la microrred.

De la misma forma se presentó un procedimiento de dimensionamiento para dos de los elementos más importantes dentro del sistema, es

18 Conclusiones Para validar el diseño conceptual del sistema se llevaron a cabo simulaciones en Simulink Los resultados muestran que el algoritmo de manejo energético es efectivo en términos de suministro de la carga y desplazamiento energético. Asimismo a través de las simulaciones se verifica que se respetan los límites operacionales establecidos para el banco de baterías manteniendo su estado de carga al fin de cada ciclo y protegiendo su vida útil evitando descargas profundas o sobrecargas.

Asimismo a través de las simulaciones se verifica que se respetan los límites operacionales establecidos para el banco de

19 Muchas gracias

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