almería, mayo 2010 - esi2.us.es de automática y robótica industrial y de la universidad de...

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CONTROL DE SISTEMAS DE ENERGÍA SOLARPLATAFORMA SOLAR DE ALMERÍA

1

Control de sistemas de energía solarg

Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROL

Almería, Mayo 2010


2

Actividades del grupo UAL+PSA

1. Introducción

2. Aplicaciones de alta temperatura

o Torres (CRS)

o Hornos solares

3. Aplicaciones de media temperatura

o Colectores cilindroparabólicos (DCS)

4. Aplicaciones de baja temperatura

o Frío solar y control de confort en edificios


o Plantas de desalación solar

5. Algunos problemas de control en sistemas de energía solar

2


3

1. Introducción

Los orígenes (1980s)



4

1. Introducción

Grupo de Automática, Electrónica y Robótica de la Universidad de Almería http://aer.ual.es/

Manolo Berenguel, David Lacasa, Cristina M. Cirre, Domingo Álvarez

4

Grupo de Automática y Robótica Industrial y de la Universidad de Sevilla http://www.esi2.us.es/ISA/GAR/Eduardo F. Camacho, Francisco R. Rubio, Carlos Bordóns, Manolo Ruiz,Julio Normey

Plataforma Solar de Almería – CIEMAThttp://www.psa.es/


Luis Yebra, Diego Martínez, Eduardo Zarza, Loreto Valenzuela, Antonio Valverde, Lidia Roca

Departamento de Informática y Automática de la UNED http://www.dia.uned.es/

Sebastián Dormido

3


5

1. Introducción

Ahora en España (2010)

AbengoaPS10PS20


Extresol


6


1. Introducción


o Torres (CRS)

o Hornos solares








4


7

1. Introducción

7


De 1980 a 2010…


8


8


5


9

2.1. Centrales termosolares de torre

TSA SystemHeat exchangerHeliostats field

9


CESA Tower


10

Control del campo de helióstatos con

seguimiento automático del sol y estrategia de

Control de

distribución de temperatura y

flujo en el


apuntereceptor


Control de potencia, temperatura y presión a

la salida del intercambiador

Control de impulsión de

aire

6


11

Estación DELL con SCADA Labview + Data A i iti d S i C t l M d l


ABSORBER TEMPERATURES TSA RECEIVER

HELIOSTAT FIELD

MAN-MACHINE INTERFACEHEURISTIC KNOWLEDGE-BASED

HELIOSTAT FIELD CONTROL SYSTEM

Estación DELL con LynxOS y programas in C++

Acquisition and Supervisory Control Module


CONTROL SYSTEM

TSA-CONTROL GENESIS

HELIOSTAT FIELD CONTROL SYSTEM


12


1. Introducción


o Torres (CRS)

o Hornos solares








7


13

2.2. Horno solarSolar furnaces

13

Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROLM. Berenguel, E.F. Camacho, F.J. García‐Martín, F.R. Rubio. Temperature control of a solar furnace, IEEE

Control Systems Magazine, 19, pp. 8‐24, 1999.


Sinterización de cobre

Muestra antes de tratamiento

2.2. Horno solar

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Mini cámara de vacío

Muestra tras el

tratamiento

D. Lacasa, M. Berenguel, L. Yebra, D. Martínez. Copper sintering in a solar furnace through fuzzy control. Int. Conf. on Computer Aided Control Systems Design, and Int. Symp. on Intelligent Control, Munich, Germany, 2006.

8


15


1. Introducción


o Torres (CRS)

o Hornos solares









16

Aceite térmico Generación directa de vapor

3.1. Colectores cilindroparabólicos

16


Tecnología madura El futuro próximo

9


17




18


Campo ACUREX SOLARCOLLECTOR

FIELDOIL THERMAL

STORAGE TANK

I

Loop 10

Loop 1

T

T

T

TIC

THREE-WAYVALVE

Tout

T

Tout


T

F

FIC

q Tout

Tin

PUMP

10


19


E.F. Camacho, F.R. Rubio, M. Berenguel, L. Valenzuela. A survey oncontrol schemes for distributed solar collector fields. Part I: Modelingand basic control approaches. Solar Energy, vol. 81, pp. 1240-1251,

TRABAJOS RECIENTES

pp gy, , pp ,2007.

E.F. Camacho, F.R. Rubio, M. Berenguel, L. Valenzuela. A survey oncontrol schemes for distributed solar collector fields. Part II: Advancedcontrol approaches. Solar Energy, vol. 81, pp. 1252-1272, 2007.



20


1. Introducción


o Torres (CRS)

o Hornos solares








11


21

4.1. Frío solar y control de confort en edificios

21



2222



12


2323




2424



13


25


1. Introducción


o Torres (CRS)

o Hornos solares









4.2. Plantas de desalación solar

26


14


4.2. Plantas de desalación solar

27



28


1. Introducción


o Torres (CRS)

o Hornos solares








15


29

5. Problemas de control

Almacenamiento

Predicción del clima

29

Campo solar

Planificación y mercado

Conexión a la red eléctrica



30

José Domingo Álvarez Hervás: Estrategias de control dei t bi d d l l t t l Di t


intercambiadores de calor en plantas termosolares. Directores:Manuel Berenguel y Luis José Yebra. Junio de 2008. Sobresaliente cumlaude por unanimidad.

Lidia Roca Sobrino: Contribuciones al modelado y control deuna planta de desalación solar. Directores: Manuel Berenguel y LuisJosé Yebra. Julio de 2009. Sobresaliente cum laude por unanimidad.


16


31


ProcesosSistemas no lineales sometidos a cambios en el punto de

operación y perturbaciones

Modelos

No-lineales

• Basados en primeros principios

• Basados en datos

No-lineales simplificados

• Bilineales

• Caja gris

Lineales en torno a un punto de equilibrio

• Linealización de modelos basados en primeros

principios

• Obtenidos de ensayos experimentales


Entornos de modelado y simulación

Modelica/Dymola

EcosimPro

Matlab/Simulink


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5. Problemas de controlCaracterísticas de

colectores solaresRadiación solar )(tI

Temperatura ambiente )(tT

0

Temperatura de tubos)(tTw

Temperatura de entrada

),0( tT

Velocidad del fluido )(tv

Temperatura de salida ),( tLT

ambiente )(tTg


0 Lx

TThDx

TCq

t

TCA wiii

TThDTTGhGInt

TAC wiigwoo

woww

17


33


Características de colectores solares

TThDx

TCq

t

TCA wiii

T TThDTTGhGInt

TAC wiigwoo

woww

Modelo no-lineal de parámetros concentrados

Modelo no-lineal de parámetros concentrados

SimplificacionesTérmino bilineal


Modelo no-lineal de parámetros distribuidos

Modelo no-lineal de parámetros distribuidos

)()(

)())()()(()()1(

)()(

)())()()(()()(

32211

32211

kxky

kxkdkxkukdkx

txty

txatdtxtuatdatx


34


Características de colectores solares

TThDx

TCq

t

TCA wiii

T

Tesis de José Domingo Álvarez

TThDTTGhGInt

TAC wiigwoo

woww

1

1

,0

,

s

ske

sT

sLT s

2 1

11

12

, sa ske

k

I

sLT

Dinámica – naturaleza


)()(

1

11

1

1,)(

sR

s

sP

a

aa s

ske

ss

sk

sv

sLTsG

)()(

2 112sRsP

aaa ssssI

distribuida –

discretización y linealización

18


35

5. Problemas de control: resonancias

Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROLE.F. Camacho, M. Berenguel, F.R. Rubio. Advanced control of solar plants. Springer, 1997.


36

Dinámica – naturaleza distribuida –discretización y linealización

1

1

0

,

s

ske

T

sLT s


1,0 ssT

)()(

2 1

11

12

,

sR

s

sP

aaa

a

g s

ske

ss

k

sT

sLT

2 1

11

12

, s

aaa

a

s

ske

ss

k

sI

sLT

Modos resonantes


)()(

1

11

1

1,)(

sR

s

sP

a

aa s

ske

ssk

sv

sLTsG

)()( sRsP

19


37


)()(

1

11

1

1,)(

sR

s

sP

a

aa s

ske

ssk

sv

sLTsG

– La relación entre β y τ en R(s) modela la amplitud de los modos resonantes.

nnn

,0)2(

min

nnn

,02

1)2(

max

• Características de la función que modela los modosresonantes:

– La localización de los modos resonantes está directamente relacionado conel tiempo de residencia del fluido (θ).


– La utilización de una función de transferencia irracional para modelar losmodos resonantes.

– No existe una k que indique la ganancia del sistema.

– El sistema, teóricamente, tiene un número infinito de ceros.

a

sksG )(lim

0


38

Diseño de controladores – IMC PI


k


sa

aes

ksG

1)(

20


39

Diseño de controladores – IMC PI




40

11 xzxxzxs

Diseño de controladores – Controlador repetitivo


)(

)(

7

65

)(

322

01

)(

)()(

1)(1

11

1

1)(

zR

zRzP

sR

sR

s

sP

a

aa xz

xzxz

xzxz

xzxzG

s

ske

ssksG

+Gc(s)

+

Ref(s) Y(s)

+P(s)

+

-


+-

e-Ns R'(s)e-Ns

G(s)

R'(s)

Control repetitivo

21


41

Diseño de controladores – Controlador repetitivo



- Prueba del controlador repetitivo en la planta ACUREX el día 22/05/2007 -


42

• Extensiones a adaptativo y robusto


Álvarez, J.D., L. Yebra, M. Berenguel. Adaptive repetitive control for resonance cancellation of a distributed solar collector field International Journal of Adaptive


Álvarez, J. D. , Costa-Castelló, R. , Berenguel, M. andYebra, L. J.(2010) 'A repetitive control scheme for distributed solar collector field', International Journal of Control, 83: 5, 970 — 982

cancellation of a distributed solar collector field. International Journal of Adaptive Control and Signal Processing, vol. 23(4), pp. 331-352, 2009.

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43

• Extensiones a robusto



almería, mayo 2010 - esi2.us.es de automática y robótica industrial y de la universidad de...

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