CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE)
description
Transcript of CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE)
CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE
ENERGÍA (COBIAE)
• David Modroño Maeztu• Tutor UPV: Iñigo Kortabarria Iparragirre • Tutor Tecnalia: Sendoa Burusteta Ruiz
27 de Septiembre de 2012
PROYECTO FIN DE CARRERA
Índice
Introducción
Objetivos
Sistema de potencia
Sistema de control
Resultados
Conclusiones
Líneas Futuras
CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE)
Introducción
Actualidad
Agotamiento de combustibles fósiles.
Contaminación derivada del uso de los mismos.
Propuesta
Paulatina sustitución del actual parque automolístico
basado en combustible fósil Vehículos eléctricos.
Integración de fuentes de energía renovable.
Nueva infraestructura
CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE)
Sistema de potencia
Resultados
Conclusiones
Sistema de control
Líneas futurasElectrolineras
Funcionamiento
Introducción
Objetivos
Introducción
CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE)
Introducción
Objetivos
Sistema de potencia
Resultados
Conclusiones
Sistema de control
Líneas futuras• A. Renovable Red eléctrica • B. Renovable Banco de baterías
• C,D.Red eléctrica Banco de baterías y/o EVs• E.Banco baterías EVs
Sistema de potencia
Resultados
Conclusiones
Sistema de control
Líneas futuras
Funcionamiento
Introducción
Objetivos
Objetivos Modelado de simulación del sistema de potencia
en Matlab-Simulink
Desarrollo de un sistema de control para la carga y descarga del banco de baterías
Obtención de resultados de simulación que permitan: Revisar las especificaciones iniciales del prototipo
inicial. Establecer baremos de potencia/corriente.
CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE)
Introducción
Objetivos
Sistema de potencia
Resultados
Conclusiones
Sistema de control
Líneas futuras
Sistema de potencia
Resultados
Conclusiones
Sistema de control
Líneas futuras
Funcionamiento
Introducción
Objetivos
Funcionamiento
CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE)
Introducción
Objetivos
Sistema de potencia
Resultados
Conclusiones
Sistema de control
Líneas futuras
Sistema de potencia
Resultados
Conclusiones
Sistema de control
Líneas futuras
Funcionamiento
Introducción
Objetivos
Sistema de potencia
CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE)
CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL
SISTEMA DE CONTROL BANCO DE BATERÍAS
Introducción
Objetivos
Sistemade potencia
Resultados
Conclusiones
Sistema de control
Líneas futuras
Introducción
Objetivos
Sistema de potencia
Resultados
Conclusiones
Sistema de control
Líneas futuras
Sistema de potencia
Resultados
Conclusiones
Sistema de control
Líneas futuras
Funcionamiento
Introducción
Objetivos
DC
S5
S2S4
S1 S3
S6
AC
VP VS
a:1
Transformador trifásico del prototipo inicial
Inversor trifásico
2 inversores trifásicos.
Inversor (DC/AC) o rectificador controlado (AC/DC)
: 7.2kHz
IGBT’s 20A y 1200V
Inversor trifásico del prototipo inicial
Sistema de potencia
CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE)
Modelo del convertidor DC-DC bidireccional
Modelo en Simulink del inversor
Transformador trifásico
3 transformadores monofásicos en estrella.
Relación de espiras de 5
Potencia nominal: 2kW
Modelo en Simulink del transformador
Introducción
Objetivos
Sistemade potencia
Resultados
Conclusiones
Sistema de control
Líneas futuras
Introducción
Objetivos
Sistema de potencia
Resultados
Conclusiones
Sistema de control
Líneas futuras
Sistema de potencia
Resultados
Conclusiones
Sistema de control
Líneas futuras
Funcionamiento
Introducción
Objetivos
Sistema de potencia
CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE)
Modelo de las baterías
4 módulos en serie
Tensión: 93V – 112V
Capacidad nominal: 328Ah
Circuito equivalente Randell de 2º orden de una batería
Modelo en Simulink del banco de baterías
Módulos Synerion 24M de Ión-Litio
Introducción
Objetivos
Sistemade potencia
Resultados
Conclusiones
Sistema de control
Líneas futuras
Introducción
Objetivos
Sistema de potencia
Resultados
Conclusiones
Sistema de control
Líneas futuras
Sistema de potencia
Resultados
Conclusiones
Sistema de control
Líneas futuras
Funcionamiento
Introducción
Objetivos
Sistema de control
CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE)
Introducción
Objetivos
Sistema de potencia
Resultados
Conclusiones
Sistema de control
Líneas futuras
CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL
SISTEMA DE CONTROL BANCO DE BATERÍAS
Introducción
Objetivos
Sistema de potencia
Resultados
Conclusiones
Sistema de control
Líneas futuras
Sistema de potencia
Resultados
Conclusiones
Sistema de control
Líneas futuras
Funcionamiento
Introducción
Objetivos
Estrategia de control para “modo corriente”
DESCARGA
Sistema de control
CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE)
CARGA
Control por desfase (δ): Transferencia bidireccional de potencia en base al control del desfase entre las señales que conmutan los IGBT’s
Se puede controlar el flujo de corriente por el banco de baterías, así como su sentido:
V1: Tensión en el primario del transformador (Azul)
V2: Tensión en el secundario del transformador (Rojo)
IBAT: Corriente por las baterías (Verde)
π π
Flujo de potencia en el modelo sin pérdidas en el cobre
Introducción
Objetivos
Sistema de potencia
Resultados
Conclusiones
Sistema de control
Líneas futuras
Introducción
Objetivos
Sistema de potencia
Resultados
Conclusiones
Sistema de control
Líneas futuras
Sistema de potencia
Resultados
Conclusiones
Sistema de control
Líneas futuras
Funcionamiento
Introducción
Objetivos
Controlador PI para “modo corriente”
Dispositivo encargado de implementar la estrategia de control.
Dos componentes:• Proporcional: Estabiliza al proceso.• Integral: Reduce a 0 el error en régimen permanente.
Garantiza un tiempo de respuesta del sistema (TS)
Sistema de control
CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE)
Introducción
Objetivos
Sistema de potencia
Resultados
Conclusiones
Sistema de control
Líneas futuras
Introducción
Objetivos
Sistema de potencia
Resultados
Conclusiones
Sistema de control
Líneas futuras
Sistema de potencia
Resultados
Conclusiones
Sistema de control
Líneas futuras
Funcionamiento
Introducción
Objetivos
Controlador PI para “modo corriente”
Sistema de control
CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE)
Medición
Referencia
Introducción
Objetivos
Sistema de potencia
Resultados
Conclusiones
Sistema de control
Líneas futuras
Introducción
Objetivos
Sistema de potencia
Resultados
Conclusiones
Sistema de control
Líneas futuras
Sistema de potencia
Resultados
Conclusiones
Sistema de control
Líneas futuras
Funcionamiento
Introducción
Objetivos
Estrategia de controI para “modo tensión”Se fija la tensión en bornes de las baterías (112V).
Inversor conectado a las baterías pasa a funcionar como un rectificador trifásico no controlado.
Sistema de control
CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE)
Diagrama de flujo de la elección del tipo de carga
Bloque para decidir el tipo de carga
Introducción
Objetivos
Sistema de potencia
Resultados
Conclusiones
Sistema de control
Líneas futuras
Introducción
Objetivos
Sistema de potencia
Resultados
Conclusiones
Sistema de control
Líneas futuras
Sistema de potencia
Resultados
Conclusiones
Sistema de control
Líneas futuras
Funcionamiento
Introducción
Objetivos
Transición modo corriente a modo tensiónCurva de corriente para todo el intervalo de δ.
Resultados
CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE)
Introducción
Objetivos
Sistema de potencia
Resultados
Conclusiones
Sistema de control
Líneas futuras
Intervalos de δ asimétricos para carga y descarga. IBATmax (Carga) = 42.6A e IBATmax (Descarga) = -236.15A Potencia (Carga) = 4.2kW y Potencia (Descarga) = -21kW Tiempo de respuesta del sistema (TS) = 50 ms.
Introducción
Objetivos
Sistema de potencia
Resultados
Conclusiones
Sistema de control
Líneas futuras
Sistema de potencia
Resultados
Conclusiones
Sistema de control
Líneas futuras
Funcionamiento
Introducción
Objetivos
Respuesta del sistema
Convertidor DC-DC bidireccional en puente completo.
Inductancia de filtrado.
Dinámica del sistema de 1º orden.
Necesidad de utilizar un Anti-Windup.
Curva desfase (δ) – Corriente (A) dependiente del SOC.
El ciclo de trabajo (D) no es un parámetro viable de control
Conclusiones
CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE)
Introducción
Objetivos
Sistema de potencia
Resultados
Conclusiones
Sistema de control
Líneas futuras
Introducción
Objetivos
Sistema de potencia
Resultados
Conclusiones
Sistema de control
Líneas futuras
Sistema de potencia
Resultados
Conclusiones
Sistema de control
Líneas futuras
Funcionamiento
Introducción
Objetivos
Continuidad de este proyecto
Estudio de las relaciónes:
curva desfase (δ) – Corriente (A) Lfiltro, RP, RS y SOC
Mejora del sistema de control:Control basado en lógica difusa
Continuidad para otros proyectos.
Prueba del modelo de simulación en RT-LAB.
Validación experimental del proyecto (CoPER II).
Líneas futuras
CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE)
Introducción
Objetivos
Sistema de potencia
Resultados
Conclusiones
Sistema de control
Líneas futuras
Introducción
Objetivos
Sistema de potencia
Resultados
Conclusiones
Sistema de control
Líneas futuras
Sistema de potencia
Resultados
Conclusiones
Sistema de control
Líneas futuras
Funcionamiento
Introducción
Objetivos
GRACIAS POR SU ATENCIÓN
Preguntas
CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE)