Seminario de Graduación Convertidores Estáticos para Fuentes de Energía Renovables

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Rafael Franco Cruz
hace 6 años
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Seminario de Graduación Convertidores Estáticos para Fuentes de Energía Renovables DISEÑO DEL CONTROL Y SIMULACIÓN DE UN SISTEMA DE GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA BASADO EN

1 Seminario de Graduación Convertidores Estáticos para Fuentes de Energía Renovables DISEÑO DEL CONTROL Y SIMULACIÓN DE UN SISTEMA DE GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA BASADO EN MÓDULOS DE PANELES FOTOVOLTAICOS DE UN SISTEMA MONOFÁSICO DESCONECTADO DE LA RED Y BATERÍAS COMO UNIDAD DE ALMACENAMIENTO CHRISTIAN RONALD TUMBACO CHUMO ROMÁN ISAAC PARRALES MOREIRA

2 DESCRIPCIÓN DEL TEMA DESARROLLADO El estudio consiste en dimensionar y diseñar los controladores de los dos Convertidores DC-DC, uno para los paneles fotovoltaicos y otro para las baterías, además de un Inversor DC-AC. Se ha desarrollado en base a un sistema monofásico, este sistema va a estar aislado (desconectado) de la red de energía eléctrica. Se desarrollaron los criterios y parámetros que se utilizan para poder hacer uso de este tipo de energía. Se utilizo la técnica del Factor K, además de la ayuda del software MATLAB/SIMULINK para diseñar los controladores y el análisis de señales.

3 MOTIVOS Uso de energía renovables cada vez mas frecuente. No se aprovecha de manera eficiente el total de la energía producida por los PV. Control que responda de manera optima a las diferentes variaciones que pueden existir en un sistema basado en PV. Ayudar a que este tipo de energía se desarrollen mas y que los sistemas electrónicos usados en estas tecnologías, sean mas eficientes. PV: Paneles Fotovoltaicos

4 SOLUCIÓN Diseñar un sistema de control para cada uno de los Convertidores DC-DC e Inversor DC-AC que responda a las variaciones que existen en este tipo de sistemas. Hacer uso de la potencia máxima dada por los PV, en todo instante de tiempo. Dimensionar cada uno de los elementos que conforman los convertidores e inversor, basados en un estudio de carga. PV: Paneles Fotovoltaicos

5 DIAGRAMA DEL SISTEMA DESARROLLADO PV CONVERTIDOR DC-DC DC-LINK CONVERTIDOR DC-AC INVERSOR C A R G A BATERIA CONVERTIDOR DC-DC BATERIA DC-AC 12 [V] 24 [V] DC-AC 12 [V] DIAGRAMA DEL SISTEMA A IMPLEMENTAR

6 CONVERTIDOR DC-DC ELEVADOR CIRCUITO EQUIVALENTE CONVERTIDOR DC-DC ELEVADOR Es un convertidor de potencia que obtiene a su salida una tensión continua mayor que a su entrada.

7 CONVERTIDOR DC-DC ELEVADOR a. b. Las dos configuraciones de un Boost. (a) La energía se transfiere de la fuente a la bobina y del condensador a la carga. (b) la energía se transfiere de la fuente y de la bobina al condensador y a la carga.

8 INVERSOR DC-AC CIRCUITO INVERSOR DC-AC La función de un inversor es cambiar un voltaje de entrada de corriente continua a un voltaje simétrico de salida de corriente alterna, con la magnitud y frecuencia deseada.

9 MODULACION PWM SEÑALES PWM c(t) diente de sierra para m(t) DC c(t) triangular para m(t) AC

10 DIMENSIONAMIENTO DEL CONVERTIDOR DC-DC DEL PANEL FOTOVOLTAICO Y LA BATERIA Dimensionamos RL(resistencia parasita) y L(inductor)

11 DIMENSIONAMIENTO DEL CONVERTIDOR DC-DC DEL PANEL FOTOVOLTAICO Y LA BATERIA Va(V), Vo(V) 2 CICLO DE TRABAJO 1 RESISTENCIA PARASITA 3 2 IL(A), Ic(A), Io(A) Time (sec) INDUCTOR Va(V), Vo(V) L= 2 [mh] IL(A), Ic(A), Io(A) Time (sec)

12 SUBSISTEMA PARA DIMENSIONAR LA CAPACITANCIA DEL CONVERTIDOR DC-DC DEL PV C= 175 [uf]

13 SEÑAL: VOLTAJE DEL CAPACITOR 2 Va(V), Vo(V) Time (sec) 11 Va(V), Vo(V)

14 DIMENSIONAMIENTO DEL CAPACITOR DE ENLACE DEL CONVERTIDOR DC-DC DEL PANEL DE LA BATERIA C= 1 [mf]

15 DISEÑO DEL CONTROL DEL CONVERTIDOR DC-DC DEL PANEL FOTOVOLTAICO MODELO PARA ENCONTRAR LA FUNCION DE TRANSFERENCIA ECUACIONES li VR VL Vdc ic il Vi Va DIAGRAMA DE BLOQUES

16 DISEÑO DEL CONTROL DEL CONVERTIDOR DC-DC DEL PANEL FOTOVOLTAICO

17 TECNICA DEL FACTOR - K Tipo de controlador Tipo 1 < 9 Tipo 2 Tipo 1: tiene una parte proporcional además de un polo en el origen. Tipo 2: posee una parte proporcional, un polo en el origen, un cero y un polo complejo conjugado. Tipo 3: posee una parte proporcional, un polo en el origen, dos ceros y dos polos complejos conjugados. > 9 Tipo 3 S I S T E M A

18 DISEÑO DEL CONTROL DEL CONVERTIDOR DC-DC DE LA BATERIA MODELO PARA ENCONTRAR LA FUNCION DE TRANSFERENCIA ECUACIONES, DIAGRAMA DE BLOQUES

19 DISEÑO DEL CONTROL DEL CONVERTIDOR DC-DC DE LA BATERIA S I S T E M A C O N T R O L A D O R

20 DIMENSIONAMIENTO DEL CONVERTIDOR DC-AC (INVERSOR) Dimensionamos RL(resistencia parasita) y L(inductor)

DIMENSIONAMIENTO DEL CONVERTIDOR DC-AC (INVERSOR) 5-5 5-5 1 RL=.

16.18.2 Time (sec) 2 1 5-55 1-5 -1 28.5 28 27.

21 DIMENSIONAMIENTO DEL CONVERTIDOR DC-AC (INVERSOR) RL=.7 [ohm] C= 75 [uf] L= 2 [mh] Vab(V), Vo(V) IL(A), Ic(A), Io(A) m Time (sec) SEÑALES DEL INVERSOR DC-AC 1 Vab(V), Vo(V) IL(A), Ic(A), Io(A) Vab(V), Vo(V) m IL(A), Ic(A), Io(A) Time (sec) m x 1

22 DISEÑO DEL CONTROL DEL CONVERTIDOR DC-AC (INVERSOR) MODELO PARA ENCONTRAR LA FUNCION DE TRANSFERENCIA

23 DISEÑO DEL CONTROL DEL CONVERTIDOR DC-AC (INVERSOR) 2 Vc 2 Vc IR 15 IR m 1 m Time (sec) Time (sec) SEÑALES DEL INVERSOR DC-AC

24 s - + SISTEMA COMPLETO - ANALISIS Continuous pow ergui GL Ii m1 m1 Vab1(V) Vab1 Vabp1(V) Vabp1 m2 m2 Vab2 Vab2(V) Vabp2 Vabp2(V) ILi1 ILi2 Vca+ Vca- Vca1+ Vca1- ILi1(A) d Va(V) Idc(V) d V_ref Va Iin+ Idc Vdc+ Iin- Vdc- CONVERTIDOR DC - DC PV CAPACITOR DE ENLACE C + - v [Vdc] Vdci+ INVERSOR DC - AC Vdci- x1 x2 x1 1:n h1 h2 h1 CARGA1 + - v + v - VLL VLN2 VLN1 ILi2(A) x2 h2 1:n1 CARGA2 + - v db Vdc(V), Vdc_ref (V) IL(A), IL_ref (A) GL [Vdc] Vdc db Vdc_ref Vi Vi+ Idc_ref Vc+ Vi- Vc- CONVERTIDOR DC - DC BATERIA ROMAN PARRALES CRISTHIAN TUMBACO SISTEMA COMPLETO DE CONVERTIDORES E INVERSOR

25 SEÑALES: COVERTIDOR DC-DC PV 1 d Vi(V) Idc(V) Time (sec) SEÑALES DEL CONVERTIDOR DC-DC DEL PV

26 SEÑALES: COVERTIDOR DC-DC BATERÍA 1.5 db Vdc(V), Vdc_ref(V) IL(A), IL_ref(A) Time (sec) SEÑALES DEL CONVERTIDOR DC-DC DE LA BATERIA

27 SEÑALES: INVERSOR DC-AC 1 m Vab1(V) Vabp1(V) Time (sec) SEÑALES DEL INVERSOR DC-AC

28 SEÑALES: INVERSOR DC-AC 4 ILi1(A) ILi2(A) Time (sec) SEÑALES DE CORRIENTE EN EL INDUCTOR DEL INVERSOR DC-AC

29 SEÑALES: SALIDA INVERSOR DC-AC 2 VLN1(V) VLN2(V) VLL(V) Time (sec) SEÑALES A LA SALIDA DEL INVERSOR DC-AC

30 PERTURBACION EN PANEL FOTOVOLTAICO Time (sec) PERTURBACION DE CORRIENTE EN EL PV

31 SEÑALES: COVERTIDOR DC-DC PV 8 d Va(V) Idc(V) Time (sec) SEÑALES DEL CONVERTIDOR DC-DC DEL PV

32 SEÑALES: COVERTIDOR DC-DC BATERIA 1.2 db Vdc(V), Vdc_ref(V) IL(A), IL_ref(A) Time (sec) SEÑALES DEL CONVERTIDOR DC-DC DE LA BATERÍA

33 SEÑALES: INVERSOR DC-AC 1 m Vab1(V) Vabp1(V) Time (sec) SEÑALES DEL INVERSOR DC-AC

34 SEÑALES: INVERSOR DC-AC 4 ILi1(A) ILi2(A) Time (sec) SEÑALES DE CORRIENTE EN EL INDUCTOR DEL INVERSOR DC-AC

35 SEÑALES: SALIDA INVERSOR DC-AC 2 VLN1(V) VLN2(V) VLL(V) Time (sec) SEÑALES A LA SALIDA DEL INVERSOR DC-AC

36 CONCLUSIONES El sistema permite apreciar el funcionamiento de cada una de las señales importantes de cada una de sus etapas. Se logró diseñar un sistema que trabaja aislado de la red, siguiendo los modelos conceptuales descritos y la técnica de control elegida para todos los convertidores e inversor. Cuando existen aumentos considerables de carga el sistema no responderá porque esta diseñado para una potencia máxima determinada en el estudio. El voltaje en el capacitor de enlace ó DC-LINK regula el flujo de potencia desde los paneles hacia la carga o hacia las baterías, por ello su importancia en el estudio.

37 RECOMENDACIONES Analizar todas las señales de cada una de las etapas y componentes del sistema, para confirmar los datos de las variables definidas. Los valores de los elementos dimensionados en los convertidores son teóricos. Se recomienda la implementación para comprobar la validez del presente estudio.

38 GRACIAS POR SU ATENCIÓN

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ÍNDICE DE CONTENIDOS

ÍNDICE DE CONTENIDOS CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN A LAS FUENTES DE ENERGÍA ELÉCTRICA... 7 1.1. INTRODUCCIÓN... 9 1.2. LA RED DE SUMINISTRO ELÉCTRICO... 10 1.3. ENERGÍA ELECTROQUÍMICA... 11 1.4. ENERGÍA SOLAR