Transcript CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC

CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC
BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE
ENERGÍA (COBIAE)
PROYECTO FIN DE CARRERA
• David Modroño Maeztu
• Tutor UPV: Iñigo Kortabarria Iparragirre
• Tutor Tecnalia: Sendoa Burusteta Ruiz
27 de Septiembre de 2012
CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE)
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.
Introducción
Objetivos
Funcionamiento
Sistema
de potencia
Sistema
de control
 Propuesta
 Paulatina sustitución del actual parque automolístico
basado en combustible fósil  Vehículos eléctricos.
Resultados
 Integración de fuentes de energía renovable.
Conclusiones
Líneas futuras
 Nueva infraestructura  Electrolineras
CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE)
Introducción
Introducción
Introducción
Objetivos
Funcionamiento
Objetivos
Sistema
de potencia
Sistema
de control
Resultados
Conclusiones
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
CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE)
Objetivos
 Modelado de simulación del sistema de potencia
en Matlab-Simulink
 Desarrollo de un sistema de control para la carga
Introducción
y descarga del banco de baterías
Introducción
Objetivos
Funcionamiento
Objetivos
Sistema
de potencia
Sistema
de control
Resultados
Conclusiones
Líneas futuras
 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)
Funcionamiento
Introducción
Introducción
Objetivos
Funcionamiento
Objetivos
Sistema
Sistema
de
de potencia
potencia
Sistema
de control
Resultados
Conclusiones
Líneas futuras
CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE)
Sistema de potencia
Introducción
CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL
Introducción
Objetivos
Funcionamiento
Objetivos
Sistema
Sistema
de potencia
Sistema
de control
Resultados
Conclusiones
Líneas futuras
SISTEMA DE CONTROL
BANCO DE BATERÍAS
CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE)
Sistema de potencia
 Modelo del convertidor DC-DC bidireccional
Transformador
Inversor trifásico
trifásico
S1
Introducción
Introducción
Objetivos
Funcionamiento
Objetivos
Sistema
Sistema
de potencia
a:1
S
3
S5
AC
DC
VP
3
2 transformadores
inversores trifásicos.
S4
S6
S2
VS
monofásicos en estrella.
 Inversor (DC/AC) o rectificador
controlado
Relación(AC/DC)
de espiras de 5
Sistema
de control
Resultados
Transformador
Inversor trifásico
trifásico
del del
prototipo
prototipo
inicial
inicial

: 7.2kHz
𝑓
Potencia
nominal:
2kW
𝑐𝑜𝑛𝑚𝑢𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛
Conclusiones
Líneas futuras
 IGBT’s 20A y 1200V
Modelo en Simulink del inversor
transformador
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Sistema de potencia
 Modelo de las baterías
4 módulos en serie
Introducción
Introducción
Objetivos
 Tensión: 93V – 112V
Funcionamiento
Objetivos
Sistema
Sistema
de potencia
Capacidad nominal: 328Ah
Sistema
de control
Resultados
Circuito equivalente Randell de 2º orden de una batería
Conclusiones
Líneas futuras
Módulos Synerion 24M de Ión-Litio
Modelo en Simulink del banco de baterías
CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE)
Sistema de control
Introducción
CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL
Introducción
Objetivos
Funcionamiento
Objetivos
Sistema
Sistema
Sistema
de
de potencia
potencia
Sistema
Sistema
de
de control
control
Resultados
Conclusiones
Líneas futuras
SISTEMA DE CONTROL
BANCO DE BATERÍAS
CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE)
Sistema de control
 Estrategia de control para “modo corriente”
 Control por desfase (δ): Transferencia bidireccional de
V1: Tensión en el primario
V2: Tensión en el secundario
potencia
en
base
al
control
del
desfase
entre
las señales
del transformador (Azul)
del
transformador
(Rojo)
que conmutan los IGBT’s
Introducción
Introducción
Objetivos
Funcionamiento
Objetivos
 Se puede controlar el flujo de corriente por el banco de
baterías,
como
0 ≤así
δ(𝑟𝑎𝑑)
≤ su
π sentido:
π ≤ δ(𝑟𝑎𝑑) ≤ 2π
Sistema
Sistema
Sistema
de
de potencia
potencia
Sistema
Sistema
de
de control
control
CARGA
DESCARGA
Resultados
Conclusiones
Líneas futuras
IBAT: Corriente por las
baterías (Verde)Flujo de potencia en el modelo sin pérdidas en el cobre
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Sistema de control
 Controlador PI para “modo corriente”
 Dispositivo encargado de implementar la estrategia de
control.
Introducción
Introducción
Objetivos
Funcionamiento
Objetivos
Sistema
Sistema
Sistema
de
de potencia
potencia
Sistema
Sistema
de
de control
control
Resultados
Conclusiones
Líneas futuras
 Dos componentes:
• Proporcional: Estabiliza al proceso.
• Integral: Reduce a 0 el error en régimen permanente.
 Garantiza un tiempo de respuesta del sistema (TS)
CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE)
Sistema de control
 Controlador PI para “modo corriente”
Referencia
Introducción
Introducción
Objetivos
Medición
Funcionamiento
Objetivos
Sistema
Sistema
Sistema
de
de potencia
potencia
Sistema
Sistema
de
de control
control
Resultados
Conclusiones
Líneas futuras
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Sistema de control
 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
Introducción
rectificador trifásico no controlado.
Introducción
Objetivos
Funcionamiento
Objetivos
Sistema
Sistema
Sistema
de
de potencia
potencia
Sistema
Sistema
de
de control
control
Resultados
Conclusiones
Líneas futuras
Bloque para decidir el tipo de carga
Diagrama de flujo de la elección del tipo de carga
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Resultados
Transición
modo
corriente
a modo
tensiónde δ.
Curva de corriente
para todo
el intervalo
Respuesta
del sistema
Introducción
Introducción
Objetivos
Funcionamiento
Objetivos
Sistema
Sistema
Sistema
de
de potencia
potencia
Sistema
de control
Resultados
Resultados
Conclusiones
Líneas futuras
 Intervalos de δ asimétricos para carga y descarga.
 IBATmax (Carga) = 42.6A e IBATmax (Descarga) = -236.15A

Tiempo de
respuesta
dely sistema
S) = 50 ms.
 Potencia
(Carga)
= 4.2kW
Potencia(T
(Descarga)
= -21kW
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Conclusiones
 Convertidor DC-DC bidireccional en puente completo.
 Inductancia de filtrado.
Introducción

𝑵𝑷
𝑵𝑺
=
𝑽𝑩𝒖𝒔
𝑽𝑩𝒂𝒕𝒆𝒓í𝒂𝒔
Introducción
Objetivos
Funcionamiento
Objetivos
Sistema
Sistema
Sistema
de
de potencia
potencia
 Dinámica del sistema de 1º orden.
 Necesidad de utilizar un Anti-Windup.
Sistema
de control
Resultados
Conclusiones
Conclusiones
Líneas futuras
 Curva desfase (δ) – Corriente (A) dependiente del SOC.
 El ciclo de trabajo (D) no es un parámetro viable de control
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Líneas futuras
 Continuidad de este proyecto
 Estudio de las relaciónes:
curva desfase (δ) – Corriente (A)
Introducción
Introducción
Objetivos
Lfiltro, RP, RS y SOC
 Mejora del sistema de control:
Control basado en lógica difusa
Funcionamiento
Objetivos
Sistema
Sistema
Sistema
de
de potencia
potencia
Sistema
de control
 Continuidad para otros proyectos.
 Prueba del modelo de simulación en RT-LAB.
Resultados
Conclusiones
Líneas
Líneas futuras
futuras
 Validación experimental del proyecto (CoPER II).
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Preguntas
GRACIAS POR SU ATENCIÓN